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(2006)
Taktstraße
(2008)
Eine Taktstraße ermöglicht eine automatisierte Verarbeitung eines Werkstückes mit Hilfe von Förderbändern, Lichtschranken, Schiebern und Bearbeitungsstationen. Für eine vorgegebene Taktstraße wird eine Ansteuerung entwickelt. Dazu wird der Mikrocontroller ATMega16 von Atmel eingesetzt. Ein externer Controller sendet über den TWI-Bus Steuerbefehle an den mit der Taktstraße verbundenen Controller. Um die Taktstraße bedienbar zu machen, wird eine geeignete Platine entworfen sowie eine LCD-Bibliothek als Ausgabe- und Informationsmedium. Die Arbeit umfasst alle für ein Projekt im Rahmen eines Informatikstudiums benötigten Entwicklungsstadien von der Projektplanung über die Aneignung von spezifischem Grundlagenwissen, die Hard- und Softwareentwicklung bis hin zu ausführlichen Entwicklungs- und Testphasen.
Das sichere Befahren von komplexen und unstruktierten Umgebungen durch autonome Roboter ist seit den Anfängen der Robotik ein Problem und bis heute eine Herausforderung geblieben. In dieser Studienarbeit werden drei Verfahren basierend auf 3-D-Laserscans, Höhenvarianz, der Principle Component Analysis (PCA) und Tiefenbildverarbeitung vorgestellt, die es Robotern ermöglichen, das sie umgebende Terrain zu klassifizieren und die Befahrbarkeit zu bewerten, sodass eine sichere Navigation auch in Bereichen möglich wird, die mit reinen 2-D-Laserscannern nicht sicher befahren werden können. Hierzu werden 3-D-Laserscans mit einem 2-D-Laserscanner erstellt, der auf einer Roll-Tilt-Einheit basierend auf Servos montiert ist, und gleichzeitig auch zur Kartierung und Navigation eingesetzt wird. Die einzeln aufgenommenen 2-D-Scans werden dann anhand des Bewegungsmodells der Roll-Tilt-Einheit in ein emeinsames 3-D-Koordinatensystem transformiert und mit für die 3-D-Punktwolkenerarbeitung üblichen Datenstrukturen (Gittern, etc.) und den o.g. Methoden klassifiziert. Die Verwendung von Servos zur Bewegung des 2-D-Scanners erfordert außerdem eine Kalibrierung und Genauigkeitsbetrachtung derselben, um zuverlässige Ergebnisse zu erzielen und Aussagen über die Qualität der 3-D-Scans treffen zu können. Als Ergebnis liegen drei Implementierungen vor, welche evolutionär entstanden sind. Das beschriebene Höhenvarianz-Verfahren wurde im Laufe dieser Studienarbeit von einem Principle Component Analysis basierten Verfahren, das bessere Ergebnisse insbesondere bei schrägen Untergründen und geringer Punktdichte bringt, abgelöst. Die Verfahren arbeiten beide zuverlässig, sind jedoch natürlich stark von der Genauigkeit der zur Erstellung der Scans verwendeten Hardware abhängig, die oft für Fehlklassifikationen verantwortlich war. Die zum Schluss entwickelte Tiefenbildverarbeitung zielt darauf ab, Abgründe zu erkennen und tut dies bei entsprechender Erkennbarkeit des Abgrunds im Tiefenbild auch zuverlässig.
Die moderne Bildgebung in der Medizin arbeitet oft mit Daten höheren Tonwertumfangs. So haben beispielsweise Bilder aus CT-Geräten einen Dynamikbereich von 12 Bit, was 4096 Graustufen entspricht. Im Bereich der photorealistischen Computergrafik und zunehmend in der Bildverarbeitung sind Bilddaten viel höheren Tonwertumfangs üblich, die als HDR-Bilder (High Dynamic Range) bezeichnet werden. Diese haben eine Bittiefe von 16, oftmals sogar 32 Bit und können dadurch sehr viel mehr Informationen speichern, als herkömmliche 8-Bit-Bilder. Um diese Bilder auf üblichen Monitoren darstellen zu können, muss man die Bildinformation auf den Tonwertumfang des Ausgabegerätes abbilden, was man als Tonemapping bezeichnet. Es existieren zahlreiche solcher Tonemapping-Verfahren, die sich durch ihre Arbeitsweise, Geschwindigkeit und visuelle Qualität unterscheiden lassen. Im Rahmen dieser Studienarbeit sollen Tonemapping-Verfahren auf medizinische Bilddaten angewendet werden. Dabei soll sowohl die visuelle Qualität, als auch die Geschwindigkeit im Vordergrund stehen.
Für diese Studienarbeit können zwei Schwerpunkte genannt werden. Einerseits sollten verschiedene Verfahren zur Fluchtpunktschätzung aus Wissenschaft und Forschung eingänglich untersucht und erörtert werden. Dies im Hinblick auf ein detaillierteres Analyseverfahren, das die Möglichkeit bietet, mehrere Gebäudeseiten automatisiert entzerren zu können. Andererseits sollten sich die gewünschten Verbesserungen in das bereits vorhandene Gesamtsystem des Projekts Ornamente eingliedern, um so das Endergebnis der Klassifizierung von Ornamenten zu verbessern. Daraus entstanden die in Kapitel 1 genannten Hauptaufgaben. Neben dem TAM-Verfahren, dass im vorhandenen Teilprozess der Entzerrung bereits zum Einsatz kam, wurde in Kapitel 2 das Verfahren KHT nach Tuytelaars beschrieben. Ansätze der KHT waren im Bestehenden zu erkennen, wie sich während der anfänglichen Einarbeitung in das Themengebiet Fluchtpunktfindung und dem Gesamtsystem der Ornamentklassifizierung herausstellte. Allerdings waren einige Aspekte, wie sie von Tytelaars et al. in [TGPM98] zur KHT beschrieben sind, nicht enthalten. Der erste Lösungsansatz zur Entzerrung von mehreren Gebäudeseiten bestand darin, die KHT unabhängig von allen Prozessen des Gesamtsystems zu implementieren, um so die Genauigkeit der Fluchtpunktdetektion zu erhöhen. Mit dieser detaillierteren Fluchtpunktfindung sollte das bereits bestehende Modul der Entzerrung zu besseren Ergebnissen führen. Um die Entzerrung für sich alleine nutzen zu können, musste sie vorerst von der vorhandenen Fluchtpunktschätzung isoliert werden. Während der in Kapitel 3 beschriebenen Umstrukturierung und Trennung der beiden Prozesse wurde das eigentliche Problem der Verarbeitung von mehreren Gebäudeseiten erkannt. Nicht die Fluchtpunkte und die Verfahren für ihre Detektion sind ausschlaggebend, weitere Ebenen im Bild erkennen zu können. Vielmehr verhindert dies der fehlende Rückschluss von extrahierten Kanten auf die Lage, Größe und Anzahl der im Bild vorhandenen Gebäudeseiten. Wären hierzu Informationen bekannt, könnten, wie auch für ornamentale Bereiche, ROIs festgelegt werden, die mit einer hohen Wahrscheinlichkeit eine abgegrenzte Gebäudeseite beinhalten. Um diese daraufhin zu entzerren, kann das jetzt isolierte Programm zur Entzerrung genutzt werden. Die KHT umzusetzen, wurde als Lösungsweg verworfen und der eigene Lösungsansatz "Level of Detail" aus Kapitel 3 wurde entwickelt. Die entstandenen Programme wurden wie gefordert in PUMA, der "Programmierumgebung für die Musteranalyse" eingebunden. Wie die Test aus Kapitel 4 jedoch zeigen, konnte damit keine Verbesserung erzielt werden.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Effizienz von Anfragen an OWL-Ontologien und Anfragen an TGraphen evaluiert. Dabei wurden die zwei unterschiedlichen Transformationsverfahren Schema-Aware Mapping und Simple Mapping getestet. Bei der Transformation einer OWL-Ontologie in einen TGraphen über Schema-Aware Mapping werden ein TGraph-Schema und ein TGraph erzeugt. Im Gegensatz zu Schema-rnAware Mapping besitzt Simple Mapping ein schon vordefiniertes TGraph-Schema, das für alle OWLOntologien anwendbar ist. Damit wird bei der Transformation einer OWL-Ontologie in einen TGraphen über Simple Mapping nur ein TGraph - kein TGraph-Schema - generiert. Mit den Verfahren wurden entsprechend auch SPARQL-Anfragen in GReQL-Anfragen transformiert.
Die Ausgabe von immer echter und realistischer aussehenden Bildern auf Bildschirmen ist heute ein wichtiger Bestandteil in der Konzeption, Präsentation und Simulation von neuen Produkten in der Industrie. Trotz der auch immer physikalisch echter werdenden Grafiksimulationen ist man bei der Ausgabe auf Bildschirme angewiesen, die einen limitierenden Faktor darstellen: Leuchtdichten in Simulationen gehen dabei weit über tatsächlich darstellbare Leuchtdichten von Monitoren hinaus. Das menschliche Auge ist hingegen in der Lage, einen großen Dynamikumfang zu sehen, sich an gegebene Beleuchtungsverhältnisse anzupassen und auch kleinste Unterschiede in der Helligkeit einer Szene wahrzunehmen. Für die Ausgabe solcher High-dynamic-Range-Bilder auf herkömmlichen Monitoren müssen sogenannte Tonemappingverfahren jene Bilder auf den darstellbaren Bereich reduzieren. Manche dieser Verfahren bedienen sich dabei direkt der Physiologie des Auges, um eine realistische Ausgabe zu erzeugen, andere dienen eher zur Stilisierung. Ziel dieser Studienarbeit ist die Entwicklung eines Tonemappingverfahrens, das ein vertrauenswürdiges Ergebnis liefert. Ein solches Ergebnis ist erreicht, wenn der Betrachter keine Unstimmigkeiten im Bild vorfindet, die der Realität widersprechen. Der Gesamteindruck soll dem entsprechen, was der Nutzer sehen würde, stünde er direkt neben der aufgenommenen Szene. Für eine abschließende Evaluation wurde insbesondere eine reale Boxszene am Computer nachmodelliert und gerendert. Neben einem HDR-Foto kann damit der neu entstandene Tonemapping-Operator untersucht und mit bereits vorhandenen Tonemappingverfahren verglichen werden. 13 Probanden haben an dieser Evaluation teilgenommen, um die Leistungsfähigkeit und Qualität zu bewerten.
Seit Beginn des World Wide Web hat sich die Erzeugung und Verteilung digitaler Güter (digital assets) entschieden verändert. Zur Erzeugung, Bearbeitung, Verteilung und Konsumierung bedarf es heute nicht mehr spezieller physischer Gerätschaften. Dadurch hat sich die Geschwindigkeit, in der Medien generiert und transportiert werden, enorm gesteigert. Auch die Möglichkeiten der Kooperation waren dadurch einem Wandel unterlegen bzw. wurden mancherorts erst möglich gemacht.
Die Nutzung des Internets ermöglichte zwar die Loslösung digitaler Güter von ihren physischen Trägermedien, die Bestimmungen des Urheberrechts gelten jedoch weiterhin. Dies führt gerade bei juristisch weniger erfahrenen Nutzern zu Unsicherheit darüber, wie ein konkretes digitales Gut genutzt werden darf. Andererseits wird von vielen Nutzern das gewohnte Tauschen von Medien auch auf das digitale Umfeld übertragen. Die Urheberrechtsverletzungen, die zuvor im privaten Umfeld im kleinen Rahmen stattfanden, geschehen nun global und für alle sichtbar. Da diese Form des Tausches das primäre Geschäftsmodell der Verwerter gefährdet, wird versucht, die Nutzung digitaler Güter einzuschränken bzw. für nicht berechtigte Nutzer zu unterbinden. Dies geschah und geschieht unter anderem mit Verfahren der digitalen Rechte-Verwaltung (Digital Rights Management - DRM).
Diese Verfahren sind unter Nutzern bisweilen umstritten oder werden sogar offen abgelehnt, da sie die Nutzung digitaler Güter im Vergleich zum physischen Pendant erschweren können. Zudem erwiesen sich viele dieser Verfahren als nicht sicher, so dass die verwendeten Verschlüsselungsverfahren gebrochen wurden. Mit einer "Nutzungsrechte-Verwaltung" (Usage Rights Management - URM) soll DRM im Kernprinzip zwar erhalten bleiben. Die praktische Umsetzung soll aber in eine andere Richtung vorstoßen. Der Nutzer bekommt die volle Kontrolle über die digitalen Güter (ohne die restriktiven Maßnahmen klassischer DRM-Umsetzungen), aber auch wieder die volle Verantwortung. Unterstützt wird er dabei von Software, die ihn über die rechtlichen Möglichkeiten informiert und auf Wunsch des Nutzers auch software-technische Schranken in der Benutzung setzt, ähnlich der Rechtedurchsetzung (Enforcement) bei klassischen DRM-Systemen.
URM nutzt dabei die offene Rechtedefinitionssprache ODRL. Die vorliegende Studienarbeit ist Teil des URM-Projektes der Forschungsgruppe IT-Risk-Management, welches wiederum Teil des SOAVIWA-Projektes ist. Ziel der Studienarbeit ist es, eine Java-Klasse zu entwickeln, mit der in ODRL verfasste Lizenzen als Java-Objekte abgebildet werden. Weitere zu entwickelnde Komponenten sollen diese Objekte verwalten und das Modifizieren und Erzeugen neuer Objekte zulassen. Alle Komponenten sollen Bestandteil des bereits anfänglich implementierten Toolkit für URM (TURM) sein.
Diese Studienarbeit soll eine Einführung in die Arbeit mit virtual network user mode linux (VNUML) geben. Mit Hilfe dieser Arbeit möchte ich speziell die Version VNUML 1.6 näher bringen und die wesentlichen Unterschiede, Vor- und Nachteile zur Version 1.5 zeigen. In den nächsten zwei Kapiteln wird auf das Thema VNUML und UML oberflächlich eingegangen. Das darauffolgende Kapitel befasst sich mit der Installation von VNUML 1.6, der Vorraussetzung und den möglichen Fehlermeldungen. Wenn dies abgeschlossen ist, wird VNUML 1.6 mit eigenen Beispielen ausfürlich, praktisch und theoretisch vorgestellt. Danach werden die wesentlichen Unterschiede von VNUML 1.5 zu VNUML 1.6 beschrieben. Zum Abschluss sind noch ein Kapitel mit kurzen Begriffsdefinitionen und der Anhang mit allen XML-Dateien zu finden. Auf den Aufbau einer XML-Datei möchte ich in meiner Arbeit nicht weiter eingehen. Dazu verweise ich auf die Arbeit von Thomas Chmielowiec und Tim Keupen. In diesen Arbeiten sind die XML-Syntax und Semantik ausfürlich beschrieben.