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KIT – Universität des Landes Baden-Württemberg und nationales Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft www.kit.edu Proseminar: Anthropomatik: Von.

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1 KIT – Universität des Landes Baden-Württemberg und nationales Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft Proseminar: Anthropomatik: Von der Theorie zur Anwendung

2 2 Ablauf Formale Randbedingungen Vorstellung der Themen Verteilung der Themen Hinweise zur Ausarbeitung Hinweise zum Vortrag Jörg Fischer

3 3 Formale Anforderungen Vortrag 15 Minuten PowerPoint oder LaTeX (Vorlage auf WWW-Seite) Blockveranstaltung Schriftliche Ausarbeitung 5 Seiten, zweispaltig LaTeX (Vorlage auf WWW-Seite) PDF und LaTeX-Sourcen an Betreuer Anwesenheitspflicht bei allen Veranstaltungen Jörg Fischer

4 4 Ablauf des Seminars Themenauswahl Themen an Betreuer gebunden Recherche Empfohlene Literatur Eigenständige Recherche Ausarbeitung Vortrag Jörg Fischer

5 5 Meilensteine Themenauswahl (heute) Ausarbeitung Vorstellung des Themas und Gliederung(Di. 12. November) Erste ausformulierte Fassung (Di. 26. November) Endgültige Fassung (Di. 10. Dezember) Vortrag Vortragsfolien erste Fassung (Di. 14. Januar) Vortrag Anfang Februar Jörg Fischer

6 6 Benotung 50% der Note für die Ausarbeitung 50% der Note für die Präsentation Leistungspunkte 3 Deadlines sind hart Plagiate führen zu sofortigem Ausschluss Jörg Fischer

7 7 Ablauf Formale Randbedingungen Vorstellung der Themen Verteilung der Themen Hinweise zur Ausarbeitung Hinweise zum Vortrag Jörg Fischer

8 8 Unüberwachtes Lernen: Clustering-Verfahren Aufgabenstellung Einarbeitung in das Themengebiet Erarbeitung und Gegenüberstellung der Vor- und Nachteile verschiedener Clustering-Verfahren Betreuer: Matthias Richter, Proseminar Anthropomatik: Von der Theorie zur Anwendung Themenbeschreibung Cluster-Verfahren dienen zur Entdeckung von Strukturen in großen Datenmengen. Sie werden unter anderem eingesetzt um neue, unbekannte Zusammenhänge aufzudecken, Unregelmäßig- keiten in den Daten zu finden sowie zur Daten- komprimierung.

9 9 Dense Tracking and Mapping (DTAM) Tasks Summarize the state-of-art in modern shape-from-motion methods Understand the critical features of DTAM algorithm Compare DTAM to other methods based on qualitative/quantitative metrics Advisor: Dr. Alexey Pak, Proseminar Anthropomatik: Von der Theorie zur Anwendung Description Data from a moving camera allow one to determine the scene geometry and at the same time track the camera motion. Instead of relying on sparse image features, modern algorithms exploit all available pixels and optimize the global quality metric in real time.

10 10 Grenzen der menschlichen Wahrnehmung in der Gesichtswiedererkennung Aufgabenstellung Erreichen eines grundsätzlichen Verständnisses über automatisierte Gesichtswiedererkennungsverfahren Herausarbeiten der Grenzen eines menschlichen Beobachters im Vergleich zur automatisierten Lösung Betreuer: Herr Christian Herrmann, Proseminar Anthropomatik: Von der Theorie zur Anwendung Themenbeschreibung In der Praxis müssen sich automatisierte Gesichtswiedererkennungssysteme gegenüber menschlichen Beobachtern behaupten, um ihren Einsatz zu rechtfertigen. Die Kenntnis der Grenzen der menschlichen Leistungsfähigkeit ist daher wichtig.

11 11 Exploration vs. Exploitation in Maschinenlernen und Spieltheorie Proseminar Anthropomatik: Von der Theorie zur Anwendung Themenbeschreibung Eine zunächst unbekannte Umwelt (Spiel) wird erkundet (exploration) um das gewonnene Wissen zur Erreichung von Zielen einzusetzen (exploitation). Es stellt sich die Frage, wie viele Ressourcen für die Erkundung gegenüber der Ausnutzung eingesetzt werden sollen. [1] Osugi, Thomas, Deng Kim, and Stephen Scott. "Balancing exploration and exploitation: A new algorithm for active machine learning." Data Mining, Fifth IEEE International Conference on. IEEE, [2] Auer, Peter, et al. "Gambling in a rigged casino: The adversarial multi-armed bandit problem." Foundations of Computer Science, Proceedings., 36th Annual Symposium on. IEEE, Zur Optimierung dieses Tradeoffs sollen zwei Ansätze aus dem Maschinenlernen [1] und der algorithmischen Spieltheorie [2] gegenübergestellt werden. Aufgabenstellung Einarbeitung in zwei Ansätze für den Ressourceneinsatz für Erkundung und Ausnutzung einer Umwelt (Spiel) Gegenüberstellung der beiden Ansätze in der Ausarbeitung Betreuer Herr Julius Pfrommer,

12 12 Detektion des Grundprimitivs bei strukturellen Texturen Aufgabenstellung Einarbeitung in das Thema Erarbeitung und Gegenüberstellung der verschiedenen Verfahren zur Primitvdetektion Betreuer: Herr Markus Vogelbacher, Proseminar Anthropomatik: Von der Theorie zur Anwendung Themenbeschreibung Texturen sind zweidimensional ausgeprägte Strukturen, die eine gewisse deterministische oder statistische Regelmäßigkeit aufweisen. Bei strukturellen Texturen sind dabei ein Elementarmuster/Primitiv und ein festes örtliches Anordnungsschema zu erkennen. Die Detektion des Primitivs stellt einen wesentlichen Bestandteil der Analyse dieses Texturtyps dar.

13 13 Anwendbarkeit von Conceptual Clustering im Bereich der semantischen Wissensmodellierung Aufgabenstellung Literaturrecherche zum Thema Conceptual Clustering. Ein Schwerpunkt soll dabei im Bereich COBWEWB [2] liegen Aufarbeitung und Zusammenfassung der relevanten Literatur Betreuer: Dipl.-Inform. Achim Kuwertz, Proseminar Anthropomatik: Von der Theorie zur Anwendung Themenbeschreibung Am Lehrstuhl IES werden Ansätze entwickelt, um die semantischen Modellierung einer relevanten Umgebung für kognitive Systeme zu ermöglichen. Dabei spielen Konzepte eine wichtige Rolle. Diese repräsentieren Klassen von relevanten Objekten und sind in Hierarchien angeordnet. Ein Ziel der aktuellen Forschung ist die adaptive Erweiterung bzw. Anpassung solcher Hierarchien. Conceptual Clustering stellt einen für diesen Bereich relevanten Ansatz des maschinellen Lernens dar und soll hier näher betrachtet werden. Referenzen: [1] Wikipedia, (http://en.wikipedia.org/wiki/File:Concept_tree.png) [2] Fisher, Douglas H. (1987). Knowledge acquisition via incremental conceptual clustering". Machine Learning 2 (2): 139–172 Quelle [1]

14 14 Stereo-Rekonstruktion Aufgabenstellung Einarbeitung in die Grundlagen der Stereorekonstruktion Spezifikation eines geeigneten Algorithmus zur Tiefenschätzung Betreuerin: Miriam Ruf, Proseminar Anthropomatik: Von der Theorie zur Anwendung Themenbeschreibung Bilder, die von zwei versetzten Kameras aufgenommen werden, sind eine gängige Methode, um räumliche Tiefen zu messen. Dazu werden Korrespondenzen zwischen den Bildern gesucht, und dann mithilfe von Informationen über die Kamerapositionen Tiefen geschätzt.

15 15 Lagebestimmung eines mobilen Agenten Aufgabenstellung Einarbeiten in die Problemstellung und dessen Anwendungsbereiche Erarbeitung und Verständnis des Algorithmus zur Berechnung der Lage in geschlossener Form Darlegen von Vor- und Nachteilen dieses Ansatzes Betreuer: Jannik Steinbring, Proseminar Anthropomatik: Von der Theorie zur Anwendung Themenbeschreibung Häufig möchte sich ein mobiler Agent anhand von Land- marken in seiner Umgebung lokalisieren. Mithilfe von ver- rauschten Messungen dieser Landmarken relativ zu seiner aktuellen Lage und dem Wissen um die Positionen dieser Landmarken in der Welt, kann er seine eigne Lage in der Welt effizient berechnen.

16 16 Schnelle Berechnung des Nearest Neighbour Proseminar Anthropomatik: Von der Theorie zur Anwendung Themenbeschreibung Betrachtet wird das Problem der Lageschätzung eines ausgedehnten Objektes, gegeben eine Menge von gemessenen Oberflächenpunkten. Gesucht wird die Lage, die den Abstand zwischen dem Objekt und diesen Punkten minimiert. Aus diesem Grund ist es wichtig, effiziente Algorithmen zu betrachten, die den nächsten Nachbarn von einem gemessenen Punkt zu dem Objekt bestimmen können. Aufgabenstellung Einarbeitung in den Nearest Neighbour-algorithmus Darstellung des Stands der Technik Darstellung von Vor- und Nachteilen dieses Ansatzes Betreuer: Antonio Zea,

17 17 Zeitkontinuierliche Optimale Regelung Aufgabenstellung Einarbeitung in die optimale Regelung Erarbeitung des Hamilton-Verfahrens zur Lösung des Minimierungsproblems Darstellung von Vor- und Nachteilen dieses Ansatzes Betreuer: Maxim Dolgov, Proseminar Anthropomatik: Von der Theorie zur Anwendung Themenbeschreibung Optimale Regelung ist ein optimierungsbasiertes Regelungs-verfahren, bei dem die Performance des geregelten Systems mittels einer Kostenfunktion bewertet wird. Der Reglerentwurf erfolgt dann so, dass diese Kostenfunktion ein globales Minimum annimmt. Für zeitkontinuierliche Systeme stellt das Hamilton-Verfahren eine wichtige Methode zur Lösung dieser Aufgabe dar.

18 18 Systemidentifikation mittels Subspace Identification Proseminar Anthropomatik: Von der Theorie zur Anwendung Themenbeschreibung Bei der Systemidentifikation geht es darum Struktur und Parameter eines vorhandenen Systems auf der Grundlage von Systeminputs und -outputs zu bestimmen. Ein verbreiteter Ansatz zur Systemidentifikation von linearen Systemen ist das Subspace-Identification. input-output data state and observability matrix system model STEP 1 STEP 2 Aufgabenstellung Einarbeiten in die Grundlagen zu linearen Systeme und der Systemidentifikation Einarbeiten in das Verfahren der Subspace Identification Betreuer: Christof Chlebek,

19 19 Richtungsstatistik Aufgabenstellung Einarbeitung in die Richtungsstatistik anhand von Topics in Circular Statistics (Jammalamadaka, Sengupta, 2001) Überblick über die grundlegenden Ideen der Richtungsstatistik Vorstellen der relevanten Wahrscheinlichkeitsverteilungen Betreuer: Herr Gerhard Kurz, Proseminar Anthropomatik: Von der Theorie zur Anwendung Themenbeschreibung Konventionelle statistische Verfahren lassen sich für reelle Größen einsetzen, sind aber ungeeignet, um periodische Größen oder Richtungen zu verarbeiten. Zu diesem Zweck existiert ein spezielles Teilgebiet der Statistik, die sogenannte Richtungsstatistik (directional statistics), welche in dieser Arbeit betrachtet werden soll. Richtungsstatistik hat beispielsweise Anwendungen in der Geologie, Medizin und in der Bioinformatik.

20 20 Bias-aware Kalman filters Aufgabenstellung Einarbeitung in die Problemstellung, Kalman-Filter und Messunsicherheiten Vergleich verschiedener Ansätze Betreuer: Benjamin Noack, Proseminar Anthropomatik: Von der Theorie zur Anwendung Themenbeschreibung Das Kalman-Filter ist eines der bekanntesten Schätzverfahren, um dynamisch aus verrauschten Daten Informationen zu gewinnen. Systematische Messabweichungen, z.B. durch einen falsch kalibrierten Sensor, sind hierbei schwierig zu berücksichtigen. Mehrere Ansätze zur Behandlung dieser Fehler sollen vorgestellt und bewertet werden. Kalman-Filter

21 21 Nichtlineare Regelung mittels Feedback Linearization Aufgabenstellung Einarbeitung in die regelungstechnischen Grundbegriffe und die Regelung nichtlinearer Systeme Einarbeitung in die grundsätzliche Methode der Feedback-Linearisierung Betreuer: Jörg Fischer, Proseminar Anthropomatik: Von der Theorie zur Anwendung Themenbeschreibung Feedback Linearization ist eine Methode, die zur Regelung nichtlinearer Systeme eingesetzt wird. Wenn anwendbar, führt das Verfahren zur sehr guten Ergebnissen und wird daher standardmäßig zur Regelung elektrischer Antriebe eingesetzt.

22 22 Themenverteilung Unüberwachtes Lernen: Clustering-Verfahren Dense Tracking and Mapping (DTAM) Grenzen der menschlichen Wahrnehmung in der Gesichtswiedererkennung Exploration vs. Exploitation in Maschinenlernen und Spieltheorie Detektion des Grundprimitivs bei strukturellen Texturen Anwendbarkeit von Conceptual Clustering im Bereich der semantischen Wissensmodellierung Stereo-Rekonstruktion Lagebestimmung eines mobilen Agenten Schnelle Berechnung des Nearest neighbour Zeitkontinuierliche Optimale Regelung Systemidentifikation mittels Subspace Identification Richtungsstatistik Bias-aware Kalman filters Nichtlineare Regelung mittels Feedback Linearization Themen werden nach der Reihenfolge der Anmeldung verteilt << Jörg Fischer

23 23 Ablauf Formale Randbedingungen Vorstellung der Themen Verteilung der Themen Hinweise zur Ausarbeitung Hinweise zum Vortrag Jörg Fischer

24 24 Form der Ausarbeitung Ausarbeitung ist wissenschaftliche Arbeit Keine Umgangssprache Keine erste Person Verwendete Literatur referenzieren (Literaturverzeichnis) Zitate kennzeichnen und referenzieren (mit Seitenangabe) Konsistenz Einheitliche Verwendung von Symbolen Einheitliche Verwendung von Fachtermini Abkürzungen erklären (nur gebräuchliche verwenden) Jörg Fischer

25 25 Grafiken in Ausarbeitung Pixelgrafiken sinnvoll skalieren Auf Qualität der eingebundenen Bilder achten Beschriftung in Sprache der Ausarbeitung Graphen vollständig beschriften Auch Grafiken müssen korrekt referenziert werden Auf jede Grafik im Text Bezug nehmen Jörg Fischer

26 26 Ablauf Formale Randbedingungen Vorstellung der Themen Verteilung der Themen Hinweise zur Ausarbeitung Hinweise zum Vortrag Jörg Fischer

27 27 Inhalt eines Vortrages Vor dem Vortrag zu beachten: Wer hört zu? Welches Wissen kann vorausgesetzt werden? Was ist das Ziel des Vortrages? Welche Informationen sollen hängenbleiben? Wissenschaftlicher Vortrag = keine Umgangssprache Jörg Fischer

28 28 Vortragslänge Zeitbeschränkung beachten! (15 Min.) Aber: Vortrag sollte auch nicht zu kurz sein Viele Informationen Wenig Zeit Konzentration auf das Wesentliche Jörg Fischer

29 29 Vortragsgliederung Beginn Beginnen mit Titel und Gliederungsübersicht (ca. 2 Folien) Einleitung und Motivation (1-2 Folien) Hauptteil Schluss Zusammenfassung und Ausblick (ca. 2 Folien) Mit einem Dank für die Aufmerksamkeit schließen Jörg Fischer

30 30 Gestaltung von Folien (I) Vorlage verwenden Klare, einheitliche Gestaltung (Konsistenz) Wenige Punkte pro Folie (nur Schlagworte) Jeden Punkt auf einer Folie ansprechen Jörg Fischer

31 31 Gestaltung von Folien (II) Grafiken und Bilder benutzen, falls möglich Farben Verdeutlichung von Zusammenhängen Achtung: Farben haben auch Symbolwerte Rahmen Name des Vortragenden Seitenzahl Animationen, Seitenübergänge, etc. gut wenn sinnvoll Jörg Fischer, ansonsten weglassen

32 32 Folien – Schriftarten und -größen 8 Punkt 12 Punkt 18 Punkt 20 Punkt 24 Punkt 28 Punkt 32 Punkt 36 Punkt 40 Punkt Dieser Text ist zu klein. 8 Punkt 12 Punkt 18 Punkt 20 Punkt 24 Punkt 28 Punkt 32 Punkt 36 Punkt 40 Punkt Serifenlose Schrift (links) mind. 18 Punkt Jörg Fischer

33 33 Folien – Negatives Beispiel (I)

34 34 Folien – Negatives Beispiel (II) Jörg Fischer

35 35 Vortragsstil Frei und flüssig sprechen Reaktionen der Zuhörer beachten Seitlich neben der Projektionsfläche stehen (freie Sicht) An der Projektionsfläche erklären Vortrag planen und üben Jörg Fischer

36 36 Probleme bei Beamer-Präsentationen Kompatibilität mit dem Vortragsrechner PowerPoint: Nicht-Standard-Schriftarten? TrueType-Schriftarten einbetten Open Office / LateX: PDF generieren Videos oft problematisch Vorher auf Vortragsrechner testen Jörg Fischer

37 DANKE FÜR DIE AUFMERKSAMKEIT!


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