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The project pursues the goal of extending and enhan-cing the multi-channel SAR receiver system currently developed at the Center for Sensorsystems to a com-plete bi- and monostatic SAR sensor, respectively. The enhancement essentially comprises the development and design of a novel modular transmitter, capable to flexibly change the transmitted signal‘s waveform on a pulse to pulse basis between broadband deterministic or stochastic signals.

As a result, the system will be capable of measuring with digitally generated broadband signals (e.g. chirps) and analog thermal noise signals, quasi at the same time offering the analysis and direct comparison of the imaging results in mono- and bistatic SAR experiments. First experiments will be carried out using ground vehicles, later in different airborne configurations. As also the analog noise signal waveform will be pro-cessed digitally using inverse filtering techniques, the

results will no longer suffer from imperfections of analog signal processing, where the sub optimality has often been attributed to the noise waveform rather than to the processing. Other research institutes have demonstrated that the low-cost Noise SAR technology performs well in principle, but, due to the use of analog preprocessing techniques, only suboptimal results in relation to digital processing were obtained, leading to an underestimation of the potential of this technology. A further key issue of this project is the processing of noise signals for SAR imaging and an in-depth analysis and comparison with the imaging results obtained by conventional frequency modulated signals. In order to facilitate this, the transmitter system must also provi-de a sophisticated pulse power management and con-trol ensuring comparable SNRs. In addition the func-tionality of this system will be tested in the fields of bistatic SAR and SAR Interferometry for further analy-sis and verification purposes.

Management:Dr.-Ing. Holger Nies

DFG NI 1081/ 5-1 02/2014-01/2016

Contact:Dipl.-Ing. Florian BehnerDipl.-Ing. Simon Reuter

University of SiegenPaul-Bonatz-Str. 9-11D-57076 Siegen

E-Mail: hitchhiker@zess.uni-siegen.deWeb: http://hitchhiker.zess.uni-siegen.de

Telefon: +49 (0271) 740-2759Fax: +49 (0271) 740-4018

I Project Management and Execution

High resolution mono- and bistatic SAR imaging by using a novel modular Radar transmitter and multi-channel receiver system

Figure 1: Control panel of the transmitter system.

Figure 2: Tracking and imaging a truck using noise ISAR. Left: Map Overview. Right top: Target coordinate system (TCS). Right bottom: ISAR image in TCS, resolution is approx. 50cm

Figure 3: Noise ISAR experiment in Koblenz imaging ships on river Rhein and Mosel.

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Beteiligte Mittel- Titel FördernummerProf./Dr. geber

Laufende Forschungsprojekte in 2014 - Überblick

Fritzen AIF Axialdrift beim Rotieren schwerer rotationssymmetrischer Bauteile ZESS-Fritzen-AIF-KF2019222IP3

Fritzen EU HiPrwind“High Power, High Reliability Off-Shore-Wind-Technology“

ZESS-Fritzen-EU-rP7-Hi-Prwind-256812

Fritzen EU ZESS-Fritzen-EU-SARlSTU“Smart Intelligent Aircraft Structures“

ZESS-Fritzen-EU-rP7-SARlS-tU-284562

Fritzen MIWF-NRW

Erstellung einer Machbarkeitsstudie zur Errichtung einer Testinfrastruktur für die zukunftsorientierte Forschung an

Eisenbahndrehgestellen

ZESS-Fritzen-MIWF-Eisenbahn-drehgestelle

Griese DFGAustauschprozesse für die Herstellung optischer Komponenten mit GI-Profi in

DünnglassubstratenZESS-DFG-Gr-3090/1-1

Haring BMBF ErA-nEt Euro transBio-7:Eiffel Early invasive fungal detection with terahertz sensor systems

ZESS-Haring_BMBF031A321B-Eiffel

Haring DFG Nachfolgeprojekt: Interaktive multifunktionale konfokale Bildanalyse ZESS-Haring-DFG3022/7-2

Haring BMBF

„Verbund: From rF to MM-Wave and tHz Silicon Soc technologies (catrene ct-209) rF2thzSiSoc Teilvorhaben: Aufbau und Evaluierung eines

Demonstrators für 3D-Bildgebung

ZESS-BMBF 16KSI0095-Catrene

Haring EU „Hyperias Marie Curie“ Hyper-Spectral Imaging and Sensing in the THz Frequency Range GA 324445

Hartmann BSI Personen-und Objektdetektion mit mobilen Sensoren

Hartmann ESG Multicam

Hartmann AIF

AIF-ItUBe“Systementwicklung zur Druckerfas-sung, Messdatenübertragung, -auswertung und -visualisierung einschließlich Energiekonzept für

Erdbohrverfahren“

ZESS-Hartmann-Bund-

Sondermittel

Hartmann UIPM Contract on the granting of a subsidy ZESS-Hartmann-Zuschuss-UIPM

Kolb

Haring

Bornemann

DFG DFG:“Interaktive multifunktionale konfokale Bildanalyse“ ZESS-DFG-KO-2960/10-1

Kuhnert DFGUntersuchung und Identifikation kritischer Fak-toren für die Objekterkennung und das Training erscheingsbasierter, kompositioneller Modelle

ZESS-DFG-KU-689/10-1

Kuhnert DFGAnalyse durch Synthese mit virtuellen Fischen als neue Versuchsmethode in Untersuchungen zur

PartnerwahlZESS-DFG-KU-689/11-1

Kuhnert AIFSensorplattform für die hochpräzise

Positionierung unbemannter Luftfahrzeuge im Nahbereich

ZESS-Kuhnert-BMWI-VDI-

ZIM-16kn-16Kn035122

Beteiligte Mittel- Titel FördernummerProf./Dr. geber

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Kuhnert WestnetzVerbesserung der Energieeffizienz von Gebäuden durch großflächig hoch aufgelöste Thermogra-

phie mittels FlugroboterZESS-Kuhnert-Thermoscan

Kuhnert BundeswehrUntersuchung der Erstellung von fusionierten 3D Umgebungsmodellen: luftgestützte laserscanda-

ten Aufbau eines bistatischen Multikanal SAR

ZESS-Kuhnert-Bundeswehr-E/E411/DD032/cF2

Loffeld DFG Sende- und Empfangssysteme für interfero- metrische 2D/3D Bildgebung Hichhiker ZESS-DFG-LO-455/15-1

Nelles AIFKennlinienvorhersage und aerodynamische

Optimierung von Laufrädern für Radialventilato-ren mittels CFD-basierter Meta-Modelle

18084 N/2

Roth EU Stiff-Flop:StIFFness controllable flexible and learn-able manipulator

ZESS-Roth-EU-rP7-StIFF-FI-OP-287728

Scharf AIF

Steine aus Stroh-Entwicklung einer Fertigungs-technologie für Steine aus Stroh sowie der

zugehörigen Verbindungselemente; Entwicklung eines Vernähkopfes auf Basis eines Roboters so-wie der Prozesssteuerng zur Realisierung eines

automatisierten Produktionsprozesses

ZESS-Scharf/Weyrich-AiF-KF2019216AT2

Scharf MIWF Verfahren zum Recycling großer Lithium-Ionen Batterien

ZESS-Scharf/Weyrich recycl. Bat-terien

Wahrburg BMBF

Implaner Entwicklung einer Softwareanwendung zur Planung und Simulation von Hüft-und

Kniearthroplastik in 3D

ZESS-Wahrburg-BMBF 01QE1209c

Beteiligte Mittel- Titel FördernummerProf./Dr. geber

Lemme DFGSkalierungs- und Performancepotential von Bila-gengraphen- Feldeffekttransistoren für Analog-

anwendungenZESS-LE-2440/2-1

Ender BMBF Radar -Warn- und Informationssystem für An-wendungen im Katastrophenschutz (RAWIS) ZESS-Ender-BMBF 13N13231

Kolb DFG Nachfolgeprojekt: Interaktive multifunktionale konfokale Bildanalyse ZESS-Kolb-DFG-KO 2960/10-2

Kolb Auswahl und Optimierung einer 3D ToF Kamera zur Verwendung im automobilen Einsatzbereich ZESS-Kolb-Zuschuss Delphi

Kolb DFG Effiziente Rekonstruktion und Darstellung groß-flächiger dynamischer Lichtfelder ZESS-Kolb-DFG-KO 2960/13-1

Kolb DFG PMD-Modellierung, Simulation,-Evaluation & Algorithmik ZESS-Kolb-DFG-KO 2960/12-1

Beteiligte Mittel- Titel FördernummerProf./Dr. geber

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ZAHLEN UND FAKTEN

Zahlen 2014

Grundfinanzierung Finanzbudget:

Drittmitteleinnahmen

130.000,00 €

3.167.734,36€

Das untenstehende Diagramm zeigt den Verlauf des ZESS-Budgets für die vergangenen Jahre von 2010 bis 2014. Hier wurden die Grundfinanzierung der Hoch-schule sowie die tatsächlichen Drittmitteleinnahmen von im ZESS laufenden Projekten berücksichtigt. Ent-gegen des leichten Rückgangs in 2013 aufgrund auslau-fender Langzeitförderungen konnte ein ähnlich hohes Niveau an Drittmitteleinwerbungen wie in den Jahren

Drei Millionen-Marke wieder überschritten!

2011 und 2012 erreicht werden. So wie auch im letzten Bericht enthalten die DFG-Mittel auch diesmal die einge-nommenen Anteile aus dem DFG-Graduiertenkolleg (GRK 1564, Imaging New Modalities) .

Bei der Einwerbung von Drittmitteln konnte ein ähn-lich hohes Niveau wie in den Jahren 2011 bzw. 2012 erreicht werden. Rechnet man die Einwerbungen aus dem DFG-Graduiertenkolleg (GRK 1564, Imaging New Modalities) mit hinzu, so konnte diesmal die drei Mil-lionen Marke überschritten werden. So verdreifachte

sich z. B. der Anteil aus EU-Förderungen auf einen Wert von über 500 Tausend Euro. Auch die Förderungen aus DFG-Mitteln erhöhte sich absolut um etwa 20% auf fast 1,4 Mio€, der relative Anteil der DFG-Mittel an der Gesamtzahl beträgt nun aber nur noch 43 % .

Aufteilung nach Mittelgebern

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500

1.000

1.500

2.000

2.500

3.000

3.500

4.000

2010 2011 2012 2013 2014

(Spenden, Preise, etc. )…

DFG 43%

Bund13%

EU (Siegen Projektpartner)

17%

(z.B. Ziel 2-Projekte)8%

Sonderprojekte (Forschungsschulen

etc.)15%

3%

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DFG-Mittel-Einnahmen

Obenstehendes Diagramm gibt die Entwicklung der absoluten DFG-Bewilligungssummen in Tausend Euro der vergangenen fünf Jahre wieder. Dabei wurde jeweils eine Mittelung über zwei Jahre durchgeführt, um von jährlichen Schwankungen unabhängiger zu sein. Wei-terhin werden die Einnahmen aus dem DFG-Graduier-

tenkolleg (GRK 1564, Imaging New Modalities), bei dem die Hälfte der beteiligten Professoren auch ZESS Mitglieder sind, mit hinzugerechnet. Die Einnahmen aus DFG-Mitteln ingesamt belaufen sich im Haushalts-jahr 2014 auf fast 1,4 Million Euro.

Promotionen / Hochschullehrer

Die Kennzahl „Promotionen pro Hochschullehrer“ ist für uns ein wichtiger Indikator für die Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses und demonstriert gleichzeitig die Forschungsintensität eines Hochschul-instituts. Die folgende Darstellung zeigt einen glei-tenden Mittelwert über jeweils zwei Jahre, um den Vertrauensbereich bei den doch relativ kleinen Erhe-bungsdaten zu erhöhen.Wie auch im Vorjahresbericht wurden hier als Berech-nungsgrundlage alle Promotionen der am ZESS betei-

ligten Hochschullehrer verwendet, unabhängig vom aktuellen Betreuungsprozess. Die Anzahl der Promoti-onen pro Hochschullehrer ist über die letzen Berichts-zeiträume etwa konstant geblieben und nahm in den Berichtsjahren 2013 und 2014 deutlich zu. Ursache dafür ist ein mit dem Auslaufen der Forschungsschu-le MOSES korrespondierender erheblicher Anstieg an Promotionen bei gleichbleibender Mitgliederzahl an Hochschullehrern im ZESS.

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200

400

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800

1000

1200

1400

2010/2011 2011/2012 2012/2013 2013/20140

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

2010/2011 2011/2012 2012/2013 2013/2014

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Stipendiaten und wissenschaftliche Mitarbeiter

Obenstehende Grafik gibt die Zusammensetzung der am ZESS tätigen wissenschaftlichen Mitarbeiter und Doktoranden in absoluten Zahlen wieder. Für die jüngste Säule wurden die beiden Gruppen der struktu-rierten Promotionsprogramme International Postgra-duate Programm (IPP) Multisensorics und Research School on Multi-Modal Sensor Systems for Environ-mental Exploration (MOSES) unter dem gemeinsamen Titel MOSES zusammengefasst. Sie beinhaltet sowohl

die vom ZESS direkt geförderten Stipendiaten als auch die Mitarbeiter, die im tradionellen Verfahren promo-vieren (Kollegiaten). Weiterhin sind die Mitarbeiter des 2009 gestarteten Graduiertenkollegs (GRK 1564) Imaging New Modalities gesondert aufgelistet. Relativ gesehen steigt die Zahl der Doktoranden leicht an, was mit den steigenden Drittmitteleinwerbungen (beson-ders DFG-Projekte) insgesamt korrespondiert.

Stipendiaten im ZESS und GRK 1564

In der Grafik ist die Zusammensetzung der am ZESS tätigen wissenschaftlichen Mitarbeiter und Stipendia-ten in absoluten Zahlen wiedergegeben (mit einer Mit-telung über jeweils zwei Jahre). Obwohl die externe Förderung für das strukturierte Promotionsprogramm MOSES im Berichtszeitraum nicht mehr gegeben war,

konnten doch wieder vermehrt Doktoranden über Drittmittelprojekte beschäftigt werden. So stieg in der Summe die Anzahl der Stipendiaten und wissenschaft-lichen Mitarbeiter leicht an.

0

10

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2010/2011 2011/2012 2012/2013 2013/2014

IPP MOSES GRK1564

0

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20

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40

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60

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2010/2011 2011/2012 2012/2013 2013/2014

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BUCHBEITRäGE UND ARTIKEL IN ZEITSCHRIFTEN

Ender, J.; Amin, M.; Fornaro, G.; Rosen, P.: „Recent Advances in Radar Imaging [From the Guest Editors]“, Signal Proces-sing Magazine, IEEE, Vol. 31, no. 4, pp. pp.15,158, 2014.

Chaaban, R.; Ginsberg, D.; Fritzen, C.-P.: „Structural Load Analysis of Floating Wind Turbines under Blade Pitch Sys-tem Faults“, Wind Turbine Control and Monitoring, Sprin-ger International Publishing, 2014, pp. 301-334.

Rodriguez, S.; Smith, A.D.; Vaziri, S.; Ostling, M.; Lemme, M.C.; Rusu, A.: „Static Non-linearity in Graphene Field Ef-fect Transistors“, IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. 61, no. 8, pp. 3001-3003, 2014.

Beigpour, S.; Riess, Ch.; van de Weijer, J.; Angelopoulou, E.: „Multi-Illuminant Estimation With Conditional Random Fields“, Image Processing, IEEE Transactions on, Vol. 23, no. 1, pp. 83-96, 2014.

Gutt, C.; Grodd, L.; Mikayelyan, E.; Pietsch, U.; Kline, Joseph R.; Grigoria, S.: „Local Orientational Structure of a P3HT pi–pi Conjugated Network Investigated by X-ray Nanodif-fraction“, Journal of Physical Chemistry Letters, Vol. 5, no. 13, p. pp 2335–2339, 2014.

Wang, T.; Jiang, X.; Biermanns, A.; Bornemann, R.; Haring-Bolívar, P.: „Deposition of diamond beta-SiC composite gradient films by HFCVD: A competitive growth process“, Diamond and Related Materials, Vol. 42, pp. 41-48, 2014.

Yim, C.; O‘Brien, M.; McEvoy, N.; Riazimehr, S.; Schaefer, H.; Bablich, A.; Pawar, R.; Iannaccone, G.; Downing, C.; Fiori, G.; Lemme, M.; Duesber, G.: „Heterojunction Hybrid Devices from Vapor Phase Grown MoS2“, Scientific reports, Vol. 4, 2014.

Bisken, S.; Martorella, M.; Mathy, T.; Wasserzier, C.; Worms, J.G.; Ender, J.H.G.: „Motion estimation and imaging with a multistatic ISAR system“, Aerospace and Electronic Sys-tems, IEEE Transactions on, Vol. 50, no. 3, pp. 1701-1714, 2014.

PUBLIKATIONEN UND AKTIVITäTEN

Ziko, I. M.; Beigpour, S.; Hardeberg, J. Y.: „Design and Crea-tion of a Multi-Illuminant Scene Image Dataset“, Image and Signal Processing, Lecture Notes in Computer Science, Vol. 8509, pp. 531-538, 2014.

Alghabi, F.; Send, S.; Schipper, U.; Abboud, A.; Pashniak, N.; Pietsch, U.; Kolb, A.: „Fast GPU-Based Spot Extraction for Energy-Dispersive X-Ray Laue Diffraction“, Journal of Inst-rumentation, Vol. 9, no. 11, p. T11003, 2014.

Friederich, F.; von Spiegel, W.; Bauer, M.; Meng, F.; Thom-son, M.; Boppel, S.; Lisauskas, A.; Hils, B.; Krozer, V.; Keil, A.; Loffler, T.; Henneberger, R.; Huhn, A.K.; Spickermann, G.; Haring BolÃvar, P.; Roskos, H.: „THz Active Imaging Sys-tems with Real-Time Capabilitiess“, THz and Security Ap-plications, Springer Netherlands, 2014, pp. 153-187.

Dzenan Zukic, D.; Vlasák, A.; Egger, J.; Horínek, D:; Nimsky, C.; Kolb, A.:: „Robust Detection and Segmentation for Di-agnosis of Vertebral Diseases Using Routine MR Images“, Computer Graphics Forum, Vol. 33, no. 6, pp. 190-204, 2014.

Al-Jarrah, R.; Roth, H.: „Ground Robot Navigation Relies on Blimp Vision Information“, International Journal of Com-puter and Communication Engineering, Vol. 3, no. 1, pp. 69-74, 2014.

Stommel, M.; Kuhnert, K.-D.; Xu, W.: „Inexact Matching of Structural Models Based on the Duality of Patterns and Classifiers“, Pattern Analysis and Applications, 2014.

Istomin, K.; Dönges, B.; Schell, N.; Christ, H.J.; Pietsch, U.: „Analysis of VHCF damage in a duplex stainless steel using hard X-ray diffraction techniques“, International Journal of Fatigue, Vol. 66, p. 177–182, 2014.

Sailan, K.; Kuhnert, K.-D..: „Design and Impliment of Pow-ertrain Control System for the All Terrian Vehicle“, Interna-tional Journal of Control, Energy and Electrical Engineering (CEEE), Vol. 1, pp. 50-56, 2014.

Wissenschaftliche Publikationen

Heide, F.; Xiao, L.; Kolb, A.; Hullin, B. M.; Heidrich, W.: „Ima-ging in scattering media using correlation image sensors and sparse convolutional coding“, Optics Express, Vol. 22, no. 21, pp. 26338-50, 2014.

Biermanns, A.; Dimakis, E.; Davydok, A.; Sasaki, T.; Ge-elhaar, L.; Takahasi, M.; Pietsc, U.: „Role of Liquid Indium in the Structural Purity of Wurtzite InAs Nanowires That Grow on Si(111)“, Nano Letters, Vol. 14, no. 12, p. pp 6878–6883, 2014.

Hilgendorff, P. M.; Grigorescu, A.; Zimmermann, M.; Frit-zen, C. P.; Christ, H. J.: „Simulation of Deformation-induced Martensite Formation and its Influence on the Resonant Behavior in the Very High Cycle Fatigue (VHCF) Regime“, Procedia Materials Science, Vol. 3, p. 1135–1142, 2014.

Rodriguez, S.; Vaziri, S.; Smith, A.; Fregonese, S.; Ostling, M.; Lemme, M.C.; Rusu, A.: „A Comprehensive Graphene FET Model for Circuit Design“, IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. 61, no. 4, pp. 1199-1206, 2014.

Lemme, M.C.; Li, L.-J.; Palacios, T.; Schwier, F.: „Two-Dimen-sional Materials for Electronic Applications“, MRS Bulletin, Vol. 39, no. 8, pp. 711-718, 2014.

Hartmann, B.; Nelles, O.: „Identifikation mit achsenschrä-gen, lokal polynomialen Modellnetzen“, at - Automatisie-rungstechnik, Vol. 62, no. 6, pp. 394-407, 2014.

Khan, F. S.; Beigpour, S.; van de Weijer, J.; Felsberg, M.: „Painting-91: a large scale database for computational painting categorization“, Machine Vision and Applications, Vol. 25, no. 6, pp. 1385-1397, 2014.

Yun F.S.; Wang, R.; Yun K.D.; Yue L.; Runpu C.; Gang L.; Balz, T.; Loffeld, O.: „Digital Elevation Model Reconstruction in Multichannel Spaceborne/Stationary SAR Interferomet-ry“, Geoscience and Remote Sensing Letters, IEEE, Vol. 11, no. 12, pp. pp.2080,2084, 2014.

Bablich, A.; Merfort, C.; Eliasz, J.; Schäfer-Eberwein, H.; Haring-Bolivar, P.; Boehm, M.: „Amorphous silicon germa-nium carbide photo sensitive bipolar junction transistor with a base-contact and a continuous tunable high current gain“, Thin Solid Films, Vol. 558, no. 0, pp. 430-437, 2014.

Kataria, S.; Wagner, S.; Ruhkopf, J.; Gahoi, A.; Pandey, H.; Bornemann, R.; Vaziri, S.; Smith, A.; Ostling, M.; Lemme, M.: „Chemical vapor deposited graphene – From synthesis to applications“, Physica Status Solidi (A), Vol. 211, no. 11, pp. 2439-2449, 2014.

Illarionov, Yu. Y.; Smith, D. A.; Vaziri, S.; Ostling, M.; Muel-ler, T.; Lemme, M.C.; Grasser, T.: „Bias-temperature instabi-lity in single-layer graphene field-effect transistors“, Appl. Phys. Lett., Vol. 105, no. 143507, 2014.

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BEGUTACHTETE KONFERENZBEITRäGE

Heredia Conde, M.; Hartmann, K.; Loffeld, O.: „Subpixel Spatial Response of PMD Pixels“, In Imaging Systems and Techniques (IST), 2014 IEEE International Conference on, Santorini, 14-17 Oct., 2014, pp. 297-302.

Schlechtriemen, J.; Wedel, A.; Breuel, G.; Kuhnert, K.D.: „A probabilistic long term prediction approach for highway scenarios“, IEEE 17th International Conference on Intelligent Transportation Systems (ITSC), Qingdao, China, Oct. 8-11, 2014, pp. 732-738.

Yao, W.; Cui, S.; Nies, H.; Loffeld, O.: „Classification of Land Cover Types in TerraSAR-X Images Using Copula and Speckle Statistics“, EUSAR 2014; 10th European Conference on Synthetic Aperture Radar; Proceedings of, Berlin, Germany, 3-5 June, 2014, pp. pp.1,4,.

Müller, K.; Schlemper, J.; Kuhnert, L.; Kuhnert, K.-D.: „Calibration and 3D ground truth data generation with orthogonal camera-setup and refraction compensation for aquaria in real-time“, Proceedings of the 9th International Conference on Computer Vision Theory and Applications, Lisbon, Portugal, Jan. 5-8, 2014, pp. 626-634.

Ender, J.; Knott, P.; Brenner, A.; Klare, J.; Vaupel, T.; Worms, J.; Wilden, H.: „Advanced antenna concepts and experimental setups for DOA and tracking at Fraunhofer FHR“, IEEE-APS Topical Conference on Antennas and Propagation in Wireless Communications (APWC), Aruba, 3-9 Aug., 2014, pp. 202-205.

Gracheva, V.; Ender, J.: „Multichannel Analysis of Medium Grazing Angle Sea Clutter“, EUSAR 2014; 10th European Conference on Synthetic Aperture Radar; Proceedings of, Berlin, Germany, 3-5 June, 2014, pp. pp.1,4.

Sczech, R.; Haring BolÃvar, P.: „THz spectroscopy of bovine serum albumin solution using the long-range guided mode supported by thin liquid films“, CLEO: 2014, San Jose, California, 2014.

Schlechtriemen, J.; Graf, R.; Wedel, A.; Fritzsche, M.; Kuhnert, K.D.; Dietmayer, K.: „Ein Vergleich von Algorithmen zur

Verhaltensprädiktion anderer Verkehrsteilnehmer“, 30. VDI/VW-Gemeinschaftstagung Fahrerassistenzsysteme, Wolfsburg, Germany, 14-15th Oct., 2014.

Sierra-Pérez, J.; Torres-Arredondo, M. A.; Güemes, A.; Mujica, L. E.; Fritzen, C.-P.: „Structural Health Monitoring of Wind Turbine Blades from Distributed Strain Measurements“, 6th World Conference on Structural Control and Monitoring, Barcelona, Spain, 2014.

Zhang, D.; Kuhler, T.; Stosch, J.H.; Griese, E.: „An approach to optimize the diffusion process for graded index waveguides fabrication in thin glass sheets“, Photonics Conference (IPC), 2014 IEEE, San Diego, CA, 12-16 Oct., 2014, pp. 52,53.

Sailan, K.; Kuhnert, K.D.: „Speed Control of Unmanned Ground Vehicle for non Autonomous Operation“, International Conference on Mechatronics and Robotics (ICROM 2014), Nottingham, UK, July 6-7, 2014.

Sailan, K.; Kuhnert, K.D.; Kareli, H.: „Modeling, Design and Implement of Steering Fuzzy PID Control System for DORIS Robot“, 3 rd international conference on information computer Application, Barcelona, Spain, Feb. 20-21, 2014.

Gierszewski, S.; Müller, K.; Kuhnert, K.D.; Witte, K.: „The virtual Lover – Do real fish interact with 3-D fish in questions of mate-choice“, 15th International Behavioral Ecology Congress (ISBE 2014), New York City, USA, July 31. - Aug. 5., 2014.

Torres-Arredondo, M. A.; Sierra-Pérez, J.; Rodellar, J.; Fritzen, C.-P: „A robust multivariate data-driven modelling approach for damage detection under variable temperature conditions“, 6th World Conference on Structural Control and Monitoring, Barcelona, Spain, 2014.

Langerwisch, M.; Krämer, M.S.; Kuhnert, K.D.; Wagner, B.: „Construction of 3D Environment Models by Fusing Ground and Aerial Lidar Point Cloud Data“, The 13th International Conference on Intelligent Autonomous Systems (IAS), Padova, Italy, July 15-19, 2014.

Tao J.; Ming Z.; Kuhnert, K.-D.; Kuhnert, L.: „Distance measuring using calibrating subpixel distances of stereo pixel pairs in artificial compound eye“, Informative and Cybernetics for Computational Social Systems (ICCSS), 2014 International Conference on, Qingdao, China, 9-10 Oct., 2014, pp. pp.118,122.

Sierra-Pérez, J.; Torres-Arredondo, M. A.; Cabanes, G.; Güemes, A.; Mujica, L. E.; Fritzen, C.-P: „Damage Detection in Metallic Beams from Dynamic Strain Measurements under different Load Cases by Using Automatic Clustering and Pattern Recognition Techniques“, 7th European Workshop on Structural Health Monitoring, La Cité, Nantes, France, 2014.

Chaaban, R.; Fritzen, C.-P.: „Reducing Blade Fatigue and Damping Platform Motions of Floating Wind Turbines Using Model Predictive Control“, 9th International Conference on Structural Dynamics, EURODYN 2014, Porto, Portugal, 2014.

Reuter, S.; Behner, F.; Nies, H.; Loffeld, O.: „First HITCHHIKER Noise Radar Imaging Experiment“, EUSAR 2014; 10th European Conference on Synthetic Aperture Radar; Proceedings of, Berlin, Germany, 3-5 June, 2014, pp. pp.1,4.

Torres-Arredondo, M. A.; Sierra-Pérez, J.; Zenuni, E.; Cabanes, G.; Rodellar, J.; Güemes, A.:; Fritzen, C.-P.: „A Pattern Recognition Approach for Damage Detection and Temperature Compensation in Acousto-Ultrasonics“, 7th European Workshop on Structural Health Monitoring, La Cité, Nantes, France, 2014.

Cerutti-Maori, D.; Prunte, L.; Sikaneta, I.; Ender, J.: „High-Resolution Wide-Swath SAR Processing with Compressed Sensing“, Geoscience and Remote Sensing Symposium (IGARSS), 2014 IEEE International, Quebec City, QC, 13-18 July, 2014, pp. pp.3830,3833.

Chaaban, R.; Fritzen, C.-P.: „Structural Load Analysis of Tension Leg Floating Wind Turbine under Blade Pitch System Faults“, 6th World Conference on Structural Control and Monitoring, Barcelona, Spain, 2014.

Heredia Conde, M.; Hartmann, K.; Loffeld, O.: „Turning a ToF camera into an illumination tester: Multichannel waveform recovery from few measurements using compressed sensing“, In 3D Imaging (IC3D), 2014 International Conference on, Liege, 9-10 Dec., 2014, pp. 1-8.

Schlechtriemen, J.; Wedel, A.; Hillenbrand, J.; Breuel, G.; Kuhnert, K.D.: „A Lane Change Detection Approach using Feature Ranking with Maximized Predictive Power“, Intelligent Vehicles Symposium Proceedings, 2014 IEEE, Dearborn, Michigan, USA, 8-11 June, 2014, pp. 108-114.

Ginsberg, D.; Fritzen, C.-P.: „New approach for impact detection by finding sparse solution“, International Conference on Noise and Vibration Engineering (ISMA2014) and the International Conference on Uncertainty in Structural Dynamics (USD2014), Leuven, Belgium, 2014.

Ihmsen, M.; Orthmann, J.; Solenthaler, B.; Kolb, A.; Teschner, M.: „SPH Fluids in Computer Graphics“, Eurographics 2014 (State-of-the-Art Report), 2014, pp. 21-42.

Kerstein, T.; Roth, H.; Wahrburg, J.: „Accurate X-corner Fiducial Marker Localization in Image Guided Surgery (IGS)“, ICPRAM 2014, ESEO, Angers, Loire Valley, France, 06.-08.03.2014, pp. 471–478.

Sahm, S.; Roth, H.; Scale, D.; Von Schillling, A.; Winkler, G.; Spetzger, U.; Wahrburg, J.: „An approach for minimal invasive insertion of pedicle screws using a navigated robotic assistance system“, 14th Annual Meeting of CAOS-International, Milan, Italy, 2014.

Behner, F.; Reuter, S.; Nies, H.; Loffeld, O.: „Synchronization and Preprocessing of Hybrid Bistatic SAR Data in the HITCHHIKER Experiment“, EUSAR 2014; 10th European Conference on Synthetic Aperture Radar; Proceedings of, Berlin, Germany, 3-5 June, 2014, pp. pp.1,4.

Buethe, I.; Moix-Bonet, M.; Wierach, P.; Fritzen, C.-P.: „Check Of Piezoelectric Transducers Using The Electro-Mechanical Impedance“, 7th European Workshop On Structural Health Monitoring, La Cité, Nantes, France, 2014.

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Müller, K.; Behrozin, R.; Höhn, S.; Hütwohl, J.M.; Köther, T.; Rothenpieler, T.; Schmidt, F.; Wesener, T.; Zhu, W.; Kuhnert, K.D.: „Team Phaethon - University of Siegen Proceedings of the Field Robot Event 2014“, , Universität Hohenheim, 2014.

Fritzen, C.-P.; Kraemer, P.: „Monitoring of Wind Energy Plants - Challanges and State of the Art“, 7th European Workshop on Structural Health Monitoring, La Cité, Nantes, France, 2014.

Espeter, T.; Nies, H.; Loffeld, O.: „A New Approach for Kalman Filter Based Phase Unwrapping Applied to Multi-Baseline InSAR“, EUSAR 2014; 10th European Conference on Synthetic Aperture Radar; Proceedings of, Berlin, Germany, 3-5 June, 2014, pp. pp.1,4.

Fritzen, C.-P.; Moll, J.; Chaaban, R.; Eckstein, B.; Kraemer, P.; Klinkov, M.; Dietrich, G.; Yang, C.; Xing, K. J.; Buethe, I.: „A Multifunctional Device for Multi-Channel EMI and Guided Wave Propagation Measurements with PWAS“, 7th European Workshop on Structural Health Monitoring, La Cité, Nantes, France, 2014.

Schüle, F.; Krämer, M.S.; Schweiger, R.; Kuhnert, K.D.; Dietmayer, K.: „Night-vision Stereo Grid Mapping for Digital Map Localization“, Intelligent Vehicles Symposium Proceedings, 2014 IEEE, Dearborn, Michigan, USA, June 8-11, 2014, pp. 743-749.

Moix-Bonet, M.; Buethe, I.; Bach, M.; Fritzen, C.-P.; Wierach, P.: „Durability of co-bonded piezoelectric transducers“, 2nd International Conference on System-Integrated Intelligence: Challanges for Product and Production Engineering, SysInt 2014, Bremen, Germany, 2014.

Shao, Y.; Wang, R.; Deng, Y.; Loffeld, O.: „Multi-channel bistatic SAR experiments with TerraSAR-X“, EUSAR 2014; 10th European Conference on Synthetic Aperture Radar; Proceedings of, Berlin, Germany, 3-5 June, 2014, pp. pp.1,4.

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Mitarbeit in Arbeitsgruppen, Gremien

• (ESSDERC: European Solid State Device Research Conference, DRC: Device Research Conference, ULIS: International Conference on Ultimate Integration on Silicon)

• 2014-2015 Member of Technical Program Committee of IEDM conference (International Electron Device Meeting), “Nano-Device technology“.

• Since 2015 “Sprecher” of the VDE/GMM Fachgruppe 1.3.1 “Integrierte nanoelektronische und photonische Bauelemente und Systeme”

Prof. Dr. P. Haring Bolívar

• Gründungsmitglied des Virtuellen Instituts METAMORPHOSE VI.

• Gründungsgesellschafter der TeraTec Systems GmbH.

• Beiratsmitglied der KM:SI GmbH.

• Prorektor für Forschung und Wissenschaftlichen Nachwuchs der Universität Siegen.

• Kuratoriumsmitglied des Zentrums für ökonomische Bildung (ZöBiS).

• Mitglied des Beirates der Südwestfalen Regionale 2013.

• Aufsichtsratsmitglied Technologieinstitut für Metall und Engineering GmbH.

• Aufsichtsratsmitglied der Automotive Center Südwestfalen GmbH.

• Mitglied der Senatskommission Struktur & Innovation der Hochschulrektorenkonferenz.

• Repräsentant aller deutschen Hochschulen in der Smart Specialization Strategy Group der European University Association.

• Mitglied im Beraterausschuss der Landesregierung Nordrhein-Westfalen für die Beurteilung von wissenschaftlichen Leistungen oder Verdiensten.

Prof. Dr. U. Pietsch

• Dean of Faculty of Science and Technology at Siegen University

• German representative of council of European Synchrotron Radiation Facility (ESRF)

• Head of „Maschinen und Apparate Komitee (MEC) der Dortmunder Synchrotronanlage DELTA“

• German delegate in ESRF council

• Chair of “European Synchrotron User Organization“ (ESUO)

Prof. Dr. M. Lemme

• Sprecher der Fachgruppe „Graphen und 2-dimensionale Materialien“ im Landescluster NRW

• Vorstandsmitglied des Vereins NMWP eV (NanoMikroWerkstoffePhotonik.NRW)

• Mitglied im Programmkomitee für die Konferenzen ESSDERC, DRC und ULIS

Prof. Dr. K.-D. Kuhnert

• Mitarbeit in UAVInsys und Air

Prof. Dr. C.-P. Fritzen

• Chief Editor “Structural Monitoring and Maintenance”,

• Assoc. Editor “Structural Health Monitoring”,

• Chairman of the international Committee “Hans-Juergen Schmidt Award”

• Mitglied Fachausschuss “Zustandsüberwachung” der DGZfP (Deutsche Gesellsch. für zerstörungsfreie Prüfung), Berlin.

• Member Scientific Committee: Intl. Workshop on Structural Health Monitoring, Stanford Univ., CA, 2013.

• EURODYN 2014, Intl. Conf. on Structural Dynamics, Leuven, Belgium, Porto, Portugal, 2014.

• 7th European Workshop on Structural Health Monitoring, Nantes, France, 2014

• 6th International Workshop on Structural Control and Monitoring, Barcelona, Spain, 2014

Prof. Dr. O. Loffeld

• Kurator des Fraunhofer-Instituts für Hochfrequenzphysik und Radartechnik, FHR

• Sprecher der NRW Research School on Multi Modal Sensorsystems for Environmental Exploration and Safety (MOSES)

• Sprecher International Postgraduate Programme Multi Sensorics

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• Mitglied im Wissenschaftlichen Beirat des Forschungskolleg Zukunft Menschlich Gestalten (FoKoS).

• Mitglied der EU Forschungskommission der Hochschulrektorenkonferenz

Dr. K. Hartmann

• Sachverständiger für Lasermesstechnik im Sport, UIPM (Moderner Fünfkampf)

Prof. Dr. A. Kolb

• Sprecher des DFG Graduiertenkollegs 1564

• Prodekan für Forschung und Wissenschaftlichen Nachwuchs der Naturwissenschaftlich- Technischen Fakultät der Universität Siegen

Prof. Dr. J. H. G. Ender

• VDI-ITG Fachbereich 7: Fachbereichsleiter

• Hochfrequenztechnik Ender, J. H. G.: IEEE Fellow (Institute of Electrical and Electronics Engineers)

• Mitglied des Rates der DGON (Deutsche Gesellschaft für Ortung und Navigation)

• Mitglied des IMA (Institut für Mikrowellen- und Antennentechnik e. V.)

• CoSeRa 2013, Bonn: Co-Chairman

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Studienarbeiten / Projectworks Romeo Ayemele Djeujo: SAR Imaging using an Ultra-Wideband M-Sequence

Kapil Bhardwaj: Installation and commissioning of a conveyor drive system for KUKA Jet Robot

Michael Fehler: Gefühlvolle Montage von Batteriezellen mit einem sensorgesteuerten Leichtbauroboter

Christian Gloger: Entwicklung eines Modells zur Demontage von Lithium-Ionen-Batterien mit einer Simulationssoftware

Patrick Raul Giurgiu: Literaturrecherche zum wissenschaftlichen Stand der Technik sensorgestützter Robotik

Jan Klaproth: Konstruktion eines demontagegerechten Akkumulatormoduls

Matthias Leienbach: Konzept für die Datenspeicherung und -übertragung von Traktionsbatterien im Hinblick auf die Wiederverwertung (Demontage und Recycling)

M. Lüke: Vergleich zwischen Multi-Layer Perceptrons und lokaler Modellnetzwerke

Kassjan Smyczek: Konzeptionierung eines Handhabungsprozesses einer Lithium-Ionen Batterie auf Batteriemodul

Bachelor-Theses

Adriana Djukaj: Aufstellung von Absatzprognosen für Elektrofahrzeuge in Abhängigkeit verschiedener Szenarien

David Frederick Ahl: Entwicklung und Inbetriebnahme eines Werkzeugmagazins mit automatischem Wechselsystem für einen Portalroboter

Manuel Friedrichs: Entwicklung einer Pick & Place-Anwendung mit der PickMaster-Software und dem Industrieroboter IRB 360 von ABB für die Sortierung von Komponenten einer Lithium-Ionen-Zelle

Johann Kuchshaus: Konzeption einer Anlage für das mengenbestimmte Zuführen von Stroh innerhalb eines automatischen Prozesses zur Herstellung von „Steinen aus Stroh“

Ba Mboua Massok Batogue: Entwicklung und Implementierung einer Schnittstelle zur Bereitstellung von Höhendaten aus verschiedenartigen Quellen

Master- und Diplomarbeiten

Julian Affholderbach: Integration, Steuerung und Charakterisierung eines Mikrowellensynthesizers

Sören Ebel: Ermittlung der Variantenvielfalt von Lithium-Ionen-Zellen für Automotive-Anwendungen

J. Klein: Correction of Multipath-Effects in Time-of-Flight Range Data

Torsten Loos: Aufbau und Entwicklung einer Roboterzelle zur Demontage von Li-Ion-Zellen

Marcus Müller: Untersuchung von unterschiedlichen „Direction of Arrival“- Techniken in einer Eisumgebung

Stefanie Porzelt: Untersuchung zur teilautomatisierten Demontage von Modulen aus Lithium-Ionen-Batterien

Florian Schuhen: Entwicklung eines Automatisierungskonzeptes für die Ableiterkontaktierung von großen Lithium-Ionen-Zellen

Sergey Sergeev: Konzeption einer Anlage für die automatisierte Herstellung von „Steinen aus Stroh“ sowie die zugehörige Prozesssteuerung

C. Zöller: Simulation of Multipath Effects in Time-of-Flight Sensors

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PROMOTIONEN

Im Jahr 2014 verzeichnet das Zentrum fünfzehn Promotionen. Die Konspekte der folgenden Seiten sollen als Indikator für die Qualität der Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses und damit für die Forschungsintensität unseres Ins-tituts dienen.

Promotionen

Han, J.:The applications of Compressive Sensing in Multi-modal Images

Qurat, U.:Bistatic SAR Processing

Hägelen, M.:Methoden zur Bestimmung von Bewegungsparametern für abbildende Radarverfahren

Cui, S.:Spatial and Temporal SAR Image Information Mining, Dis-sertation

Huhn, A.:Terahertz-Erkennung energetischer Materialien: spektros-kopische Analysen und technologische Perspektiven bild-gebender Systeme

Hartmann, B.:Lokale Modellnetze zur Identifikation und Versuchspla-nung nichtlinearer Systeme,

Oispuu, M.:Passive Emitter Localization by Direct Position Determina-tion with Moving Array Sensors

Zukic, D.:An Efficient Inflation Method for Segmentation of Medical 3D Images

Bratasanu, D.:Interactive Models for Latent Information Discovery in Satellite Images

Mohamedi, H. al-:Optische Charakterisierung von organischen Photozellen und ihre Anwendung in der dreidimensionalen Messtech-nik

Khanbabaee Patekhour, B.:Depth resolved investigation of ion beam induced pattern formation on silicon using X-ray methods

Singh, J.:Spatial Content Understanding of Very High Resolution Synthetic Aperture Radar Images

Orthmann, J.:Efficient SPH-based simulation and rendering of fluid transport dynamics

Nasir, A. K.:Cooperative simultaneous localization and mapping framework, Dissertation

Loepprich, O. E.:Lokalisation und Verfolgung von Personen in Echtzeit unter Verwendung kooperierender 2D / 3D-Kameras

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Die Forschungstätigkeiten in „Compressive Sensing“ (auch „Compressed Sensing“) haben während der letzten Dekade zu sehr interessanten und aufregenden Ergebnis-sen im Bereich der Signalverarbeitung beigetragen. Hierbei kann mathematisch belegt werden, dass unter gewissen, aber definierten Umständen, durch einige wenige, nicht adaptive und lineare Messungen eine vollständige Wie-derherstellung kompressibler Signale möglich sein kann. Die Anwendung dieser Technik ermöglicht dann, um Bei-spiele anzuführen, die Verringerung der Signalabtastraten, der Speichervolumina zur Sicherung von Daten sowie der Komplexität in Bild- und Signalverarbeitung.In dieser Arbeit werden drei verschiedene Anwendungen dieses Forschungsgebiets entwickelt und präsentiert.Die erste Anwendung zeigt eine Lösung für eine effektive Methode zur Fusionierung von Daten auf, die aus Multi-Sensoren-Systemen stammen(ToF-Kameras), die auf einer diskreten Kosinus-Transformation (DCT) basiert. Hierbei wird davon profitiert, dass nach der Transformation die Spektraldarstellung der Daten in der neuen Basis „sparse“ ist.Die zweite Anwendung konzentriert sich auf die Verbes-serung von Tiefenbild Aufnahmen der ToF-Systemen, die durch die Möglichkeit der Aquisition von 3D Distanz-Daten eine neue Perspektive in die Bewertung solcher Datensät-ze einbringen. Diese Abstandsdaten sind üblicherweise von

geringerer räumlicher Auflösung als im Vergleich zu her-kömmlichen 2D-Darstellungen. In einem nachgelagerten Schritt kann diesem Nachteil durch „Hochrechnen“ der Bildauflösung entgegengewirkt werden („soft solution“). Alternativ ist es durch Veränderung der Hardwareausstat-tung möglich, einen ähnlichen Effekt zu erzielen (e.g. Aus-tausch der Sensoren mit höherer Auflösung).Im Rahmen des „Compressive Sensing“ werden hierbei Wege und Mög-lichkeiten untersucht, den kostenintensiven Austausch der Hardware zu vermeiden.Durch die inzwischen kostengünstige und einfache Verfüg-barkeit von ToF-Systemen ist auch der Wunsch entstanden nach einfachen Möglichkeiten, in Bild- und Videoszenen änderungen (e.g. Objektbewegungen) festzustellen. Eine dritte und die damit letzte Anwendung, die in dieser Dis-sertation untersucht wird, ist damit, wie solche änderun-gen in multi-modalen Datensätzen mithilfe des „Compres-sive Sensing“-Frameworks detektiert werden können.Zusammenfassend kann der Beitrag dieser Arbeit damit auf die folgenden Aspekte festgelegt werden:

• •EineMethode,umDaten(Bilder)unterschiedlicherSensoren einheitlich durch „Compressive Sensing“ behandeln zu können, z.B., um Speicherplatz zu sparen oder die Komplexität in Berechnung zu reduzieren.

Han, J.:

The applications of Compressive Sensing inMulti-modal Images

PROMOTIONEN

• Erhöhung der Bildauflösung in Tiefenbildaufnahmen (z.B. von ToF-Systemen, wie der MultiCam des ZESS). Dazu wurde eine neue Methode entwickelt, die eine der Grundannahmen des „Compressive Sensings“ ausnutzt („sparsity“). Diese neuartige Herangehensweise eröffnet eine Möglichkeit zur Steigerung der lateralen Auflösung („Superresolution“).

• Mithilfe der „sparsity“-Eigenschaft wird eine neuartige Methode präsentiert, um Bewegungen in multi-modalen Bildaufnahmen zu detektieren und verfolgen.

Die Rekonstruktion dieser Eigenschaften geschieht durch die Formulierung (und numerischer Lösung) eines zuge-ordneten Optimierungsproblems unter Zuhilfenahme der „Lagrange“-Multiplikatoren. Die betreffenden Matrizen beschreiben dabei den Hinter- bzw. Vordergrund der Bild-szene. Soweit wir wissen, wurde dieses Verfahren noch nicht auf multi-modale Daten angewendet.

Gutachter: Prof. Dr.-Ing. Otmar LoffeldPD Dr.-Ing. habil. Stefan Knedlik

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PROMOTIONEN

Die grundsätzliche Zielsetzung von intelligenten Syste-men zur Überwachung von Innenräumen besteht in der automatisierten Interpretation von Aktionen in dem zu betrachtenden Gebiet. Eine Prämisse hierfür ist die Fähig-keit der Detektion, Lokalisation, Verfolgung und Klassi-fikation von Objekten im entsprechenden Zielbereich. Entscheidend für die Konzeption eines Überwachungs-systems ist weiterhin das primäre Einsatzgebiet. Während für kleine Überwachungsbereiche und unter der Annah-me nur weniger gleichzeitig vorhandener Objekte even-tuell die Verwendung eines einzelnen Sensorsystems aus-reicht, bedarf es im Fall größerer Bereiche, mit mehreren gleichzeitig vorhandenen und zu verfolgenden Objekten, in der Regel einer verteilten und miteinander kooperieren-den Sensorik. Ein in letzter Zeit verstärkt verfolgter Ansatz zur Steigerung der Leistung der Prozesse von Detektion, Lokalisation und Klassifikation liegt dabei in der Verwen-dung einer Kombination von 2D- und 3D-Informationen, welche, je nach Anforderung, auf Pixel-, Merkmal- oder Entscheidungsebene miteinander fusioniert werden. Die Kombination unterschiedlicher Systeme zu 2D/3D-Mess-systemen ist jedoch keineswegs trivial. Zunächst bedarf es im Falle der Betrachtung beweglicher Objekte einer zeitli-chen Synchronisation der anfallenden Daten. Im Hinblick auf eine effektive Fusion ist weiterhin eine Registrierung der Daten der unterschiedlichen Quellen notwendig. Tritt zusätzlich die Notwendigkeit einer koordinierten Verwen-

dung mehrerer Systeme auf, so kann das aufgrund der sich ergebenden Komplexität in Bezug auf die Handhabung der informationsliefernden Einheiten in einer inakzeptab-len Operation des Gesamtsystems münden. Die am Zent-rum für Sensorsysteme (ZESS) entwickelte MultiCam, ein zurzeit einmaliges Sensorsystem zur kombinierten Akqui-sition von CMOS-basierten Intensitäts- (2D) und Time-of-Flight (ToF) basierten Distanzdaten (3D) einer gesam-ten Szene, erlaubt aufgrund ihres monokularen Aufbaus eine drastische Vereinfachung der Registrierung der 2D- und 3D Informationen. Weiterhin ermöglicht die inter-ne Logik, untergebracht in einem dedizierten FPGA, eine akkurate Synchronisation der unterschiedlichen Informa-tionsströme. Durch die Reduktion der Komplexität der Prozesse der Registrierung sowie Synchronisierung der 2D- und 3D-Daten bietet sich die Möglichkeit der Kom-bination einer Vielzahl von simultan operierenden Multi-Cams zu einem Überwachungssystem an, mit im Vergleich zu konventionellen 2D/3D-Systemen drastisch vereinfach-ter Handhabung. Bedingt durch den Einsatz der ebenfalls am ZESS entwickelten Beleuchtungseinheiten, erlauben die im Rahmen dieser Arbeit verwendeten MultiCams die Überwachung eines Distanzbereichs bis ca. 9 m bei einer Bildwiederholrate von 20 Bildern pro Sekunde. Dieses ent-spricht einem Entfernungsbereich, der zurzeit von ToF-Sys-temen vergleichbarer Art nur unter Einsatz erhöhter Inte-grationszeiten und somit reduzierter Bildwiederholraten

Loepprich, O. E.:

Lokalisation und Verfolgung von Personen in Echtzeit unter Verwendung kooperierender 2D / 3D-Kameras

Gutachter: 1. Gutachter: Prof. Dr.-Ing. Otmar Loffeld2. Gutachter: Prof. Dr.-Ing. Madjid Fathi-Torbaghan

abgedeckt werden kann. Weiterhin ergibt sich durch die Verwendung einer Linse mit einer Brennweite von 6mm die Möglichkeit der Überwachung von Volumina, in denen sich mehrere Personen simultan aufhalten und miteinan-der interagieren können. In Verbindung mit der vorhande-nen Zeitauflösung kann damit der Bewegungsdynamik der Objekte effektiv Rechnung getragen werden. Aufgrund der genanntenEigenschaften eignet sich die MultiCam somit ideal zur Detektion, Lokalisation, Verfolgung und Klassifikation von Objekten in Innenräumen. Durch die Verwendung der Informationen von mehreren, simultan operierenden Mul-tiCams mit verschiedenen Ausrichtungen und einem sich teilweise überlappenden Sichtbereich, lässt sich weiterhin eine direkte Erweiterung des Überwachungsbereichs sowie eine Reduktion der durch gegenseitige Objektverdeckun-gen induzierten Uneindeutigkeiten erreichen und ermög-licht die Erzeugung von Objekttrajektorien mit einem erhöhten Informationsgehalt.Dem Problem der anfallenden Datenmenge, die durch die Verwendung mehrerer simultan operierender MultiCams entsteht, wird durch den Einsatz eines agentenbasierten verteilten Systems begegnet. Informationsliefernde Agenten, bestehend aus einer Mul-tiCam mit zugehöriger Prozessierungseinheit, übernehmen die Erzeugung von lokalen Informationen bzw. Features bzgl. der aus ihrer Sicht vorhandenen Objekte und senden

diese in Form eines Statusvektors an einen zur Fusion aller Informationen zuständigen Agenten. Weiterhin können aufgrund der gegenseitigen Unabhängigkeit der informa-tionsliefernden Agenten die Daten der vorhandenen Multi-Cams parallel bearbeitet werden, was eine einfache Skalie-rung des Gesamtsystems erlaubt.

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PROMOTIONEN

Zur Einführung wird die gene-relle Problematik der passi-ven Emitterlokalisierung mit-tels bewegter Arraysensoren beschrieben. Dabei werden die zwei konkreten Anwen-dungsbeispiele dieser Arbeit vorgestellt:

1. Lokalisierung mittels kompakter Sensornutzlast für luft-gestützte Plattformen und 2. Lokalisierung mittels großer Hydrophonarrays für Unterwasseranwendungen. Im zweiten Kapitel wird auf Standardverfahren der Arraysi-gnalverarbeitung und verfeinerte superauflösende Peilver-fahren eingegangen. Zudem werden Detektionsverfahren zur Bestimmung der Zielzahl und Genauigkeitsschranken sog. Cramér-Rao Bounds (CRBs) für Peilmessungen präsen-tiert. Typischerweise werden die einzelnen Elementcharak-teristiken eines Arraysensors ideal als gleich angenommen. In diesem Fall kann der Einfluss der Elementcharakteristik vernachlässigt werden. Die reale Situation mit ungleichen und teilweise bzw. vollständig unbekannten Charakteristi-ken wurde für das erste Anwendungsbeispiel untersucht. Im dritten Kapitel wird das untersuchte Lokalisierungspro-blem formuliert. In der Problemformulierung sind statio-näre Emitter, CW- Emitter und Szenarien mit abschnitts-weise stationären Datensegmenten als Spezialfälle enthalten. Für bewegte Emitter bilden Ziele mit konstanter Geschwindigkeit eine einfache Klasse. Als Spezialfall wurde

ein Bewegungsmodel für abschnittweise inertial beweg-te Emitter mit unbekannten Manöverzeitpunkten formu-liert, welches insbesondere für die betrachteten Flug- und Seeziele relevant ist. Typischerweise werden Arraydaten in Abhängigkeit der Signaleinfallsrichtung parametrisiert. Zusätzlich werden hier die Arraydaten in dem präsentier-ten Datenmodell zu jedem Zeitpunkt in Abhängigkeit des Zielzustandes (Ort, Geschwindigkeit, Manöverzeitpunkte, etc.) parametrisiert. Diese Parametrisierung ist die Grund-idee für die direkte Lokalisierung im Kapitel 6. Abschlie-ßend werden einige Bedingungen zur Lösbarkeit (Observa-bilität) des Lokalisierungsproblems angegeben. Im vierten Kapitel wird zunächst die CRB als theoretische Leistungsmessung für die in Kapitel 3 beschriebenen Vari-anten des Lokalisierungsproblems hergeleitet. Es wird die asymptotische Schätzgenauigkeit für stationäre Emitter, für bewegte Emitter und für intermittierende Emitter dis-kutiert. Für den Fall manövrierender Ziele wird der unbe-kannte Manöverzeitpunkt als zusätzlicher Schätzparame-ter interpretiert. In Simulationen wurden die Einflüsse der unbekannten Manöverzeitpunkte auf die Schätzgenauig-keit der Orts- und Geschwindigkeitskomponenten unter-sucht. Für den Fall intermittierender Emitter wird zunächst eine CRB für eine spezielle Sequenz von Emissionen bestimmt. Als Gütemaß wird die mittlere CRB eingeführt. Der Aufwand der Berechnung der CRB wächst exponenti-ell mit der Anzahl der Ziele und der Anzahl der Messungen. Zur Berechnung dieser CRB wurde eine Näherung vorge-schlagen. Die vorgestellten CRBs sind für Systembetrach-

Oispuu, M.:

Passive Emitter Localization by Direct Position Determination with Moving Array Sensors

Gutachter: Prof. Dr. Otmar LoffeldProf. Dr. Andreas Kolb

tungen und zur Analyse der Einflüsse der verschiedenen Parameter auf die Schätzgenauigkeit nützlich. Im fünften Kapitel werden die klassische Lokalisierung mit-tels Peilmessungen und die Datenassoziierung kurz einge-führt. Zudem wird eine Erweiterung der klassischen Loka-lisierung vorgeschlagen, die auch systematische Peilfehler berücksichtigt. Die entsprechende CRB wird hergeleitet und ihre Beziehung zu den CRBs in Kapitel 4 wird aufge-zeigt. Für das erste Anwendungsbeispiel mit einer luftge-stützten Plattform werden Simulationsergebnisse präsen-tiert, die auf gemessenen Sensorelementcharakteristiken und Feldexperimenten basieren. In manchen Fällen ist zusätzlich die Peilrate als Messung verfügbar. Die Peilrate kann mittels spezieller Verfahren der Arraysignalverarbei-tung als unabhängige Messgröße gewonnen werden. Die Verarbeitung der zusätzlichen Peilraten führt zu einer Ver-besserung der Lokalisierungsgenauigkeit. In Simulationen wurde gezeigt, dass die Peilrate wichtige Informationen über die Zielkinematik enthalten kann. Im letzten Kapitel wird ein Verfahren zur direkten Positi-onsbestimmung für bewegte Arraysensoren vorgeschla-gen. Dieser Ansatz geht zurück auf die Arbeit von Wax und Kailath (1985). Bei der direkten Lokalisierung wird die Loka-lisierung auf Basis der Arraydaten in einem Schritt ohne Peilung und Peildatenassoziierung durchgeführt. Dazu wird das Datenmodell nur durch die endgültigen Para-meter ohne Zwischenparameter wie Peilwinkel beschrie-ben. Dieses Verfahren wird hier zur direkten Lokalisierung für einen bewegten Arraysensor wegen seiner vielfachen

Vorteile vorgeschlagen und erweitert. In Monte-Carlo-Simulationen wurde die Performanz der direkten Lokali-sierung mit der klassischen Lokalisierung (s. Kapitel 5) ver-glichen. Es wird gezeigt, dass die direkte Lokalisierung in Fällen schwacher Ziele und dicht benachbarter Ziele deut-lich bessere Lokalisierungsgenauigkeiten als die klassische Lokalisierung liefert. Die direkte Lokalisierung wurde auch auf ein Multi-Array-Netzwerk mit kohärenter Signalverar-beitung angewendet. Für intermittierende Ziele wurde ein neuer Ansatz zur direkten Lokalisierung entwickelt, der auf einer hochdimensionalen Optimierung beruht. In Simulati-onen wurde nachgewiesen, dass auf diese Weise die Loka-lisierungsgenauigkeit weiter verbessert werden kann. Da in den meisten praktischen Anwendungen auch die Ziel-zahl unbekannt ist, wurde die direkte Lokalisierung mit der Detektion der Zielzahl kombiniert. Dazu wurde eine Stra-tegie auf Basis eines sequentiellen Mehrhypothesentests als Folge klassischer binärer Hypothesentests vorgeschla-gen.

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PROMOTIONEN

Der Schwerpunkt dieser Dis-sertation liegt in der Ent-wicklung von neuen Metho-den zum Information Mining von SAR-Bildern mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung. Ausgehend von statistischen Modellen schla-

gen wir zuverlässige Modelle und robuste Methoden zur Parameterschätzung vor und bewerten die statistischen Modelle für verschiedene Klassen von Bildern. Aufbauend auf diesen statistischen Modellen werden Maße zur Infor-mationsähnlichkeit bei der Entdeckung von änderungen in SAR-Bildern sowohl im Ortsraum als auch im Wavelet-Raum angewendet. Zur Beurteilung der Leistungsfähigkeit wurde ein Referenz-Datensatz erzeugt, wo Veränderungen (wie die Statistiken erster, zweiter und höherer Ordnung) simuliert wurden. Ausgehend von den spezifischen Eigenschaften von SAR-

Bildern mit sehr hoher Auflösung werden zwei neue Metho-den zur Merkmalsextraktion entwickelt. Die erste ist eine neue Merkmalsextraktions-Methode zur Strukturbeschrei-bung von SAR-Bildern mit hoher Auflösung, die durch den bekannten verhältnisdiskriminierenden Kantendetektor angeregt wurde. Hier werden Intensitätsverhältnisse in verschiedenen Richtungen innerhalb von lokalen Bild-ausschnitten angewandt, um die Bag-of-Words- (BoW)-Merkmalsextraktion zu verbessern und um einen lokalen Weber-Deskriptor an SAR-Bilder anzupassen. Die zweite Methode ist eine einfache und dennoch effiziente Metho-de zur Merkmalsextraktion aus dem Bereich der Bag-of Words (BoW)-Verfahren. Diese Methode beinhaltet zwei wesentliche Neuentwicklungen. Zum einen und was für uns sehr interessant ist, benötigt die Methode keinerlei örtliche Merkmalsextraktion. Stattdessen benutzt sie als einfache Merkmale direkt die Pixelwerte aus einem loka-len Fenster. Zum anderen - und im Gegensatz zu vielen unüberwachten Lernmethoden für Merkmale - wird ein

Cui, S.:

Spatial and Temporal SAR Image Information Mining

Gutachter: 1. Gutachter: Prof. Dr. Otmar Loffeld2. Gutachter: Prof. Dr. Mihai Datcu (DLR, University Politehnica Bucharest)

Zufallswörterbuch für die Quantisierung des Merkmals-raums verwendet. Der Vorteil eines Zufallswörterbuchs ist, dass es zu keinem merklichen Verlust der Klassifizierungs-güte kommt, obwohl der zeitaufwändige Prozess des Erler-nens eines Wörterbuchs vermieden wird. Diese zwei neuar-tigen Verbesserungen gegenüber momentan modernsten Methoden führen zu einer wesentlichen Verringerung sowohl des Rechenaufwands als auch des Speicherbedarfs. Im letzten Teil der Arbeit wird ein Ansatz zum kaskadier-ten aktiven Lernen entwickelt, der auf einer Grob-zu-Fein-Strategie beim Mining von räumlicher und zeitlicher Information in SAR-Bildern beruht. Der Ansatz erlaubt in multi-temporalen SAR-Bildern eine schnelle Indexierung sowie die Entdeckung von bisher versteckten räumlichen und zeitlichen Mustern. Bei diesem Ansatz wird eine hier-archische Bilddarstellung verwendet und jeder Ebene wird eine eigene Bildausschnittgröße zugeordnet. Um zuver-lässige Klassifizierungsergebnisse zu erhalten und um den manuellen Aufwand beim Annotieren (Labeling) der Bild-ausschnitte zu reduzieren, wird auf jeder Ebene ein aktives Erlernen der Bildausschnitte mit Hilfe einer Support Vector Machine (SVM) durchgeführt. Dabei kommen abwechselnd zwei Komponenten zum Trainieren des Klassifizierers zum Einsatz: die Verwendung der bereits zugeordneten Bildaus-schnitte und die Beispielauswahl, die die aussagekräftigs-ten restlichen Bildausschnitte zur manuellen Annotation auswählt. Wenn der Prozess auf einer feineren Ebene der Kaskade fortgesetzt wird, werden alle bisher als negativ gekennzeichneten Bildausschnitte weggelassen, und der

Lernprozess auf der neuen Ebene beschränkt sich auf die positiv gekennzeichneten Bildausschnitte. Dadurch konnte der Rechenaufwand bei der Annotation von großen Daten-mengen deutlich und ohne Genauigkeitsverlust reduziert werden. Bei dieser Methode konnten wir ein anderes Pro-blem - die Weitergabe von Trainingsbeispielen zwischen Ebenen - durch Mehrfall-Lernen lösen. Dieses kaskadierte aktive Lernen wurde mit der Genauigkeit und der Zeitkom-plexität eines Standard-SVM-Lernverfahrens auf der feins-ten Ebene verglichen. Wir zeigen, dass kaskadiertes aktives Lernen nicht nur eine höhere Genauigkeit liefert, sondern auch die benötigte Rechenzeit deutlich reduziert. Schließ-lich schlagen wir ein neues Visualisierungsverfahren für Zeitreihen von SAR-Bildern mit einer einfachen Farbanima-tion der Bildsequenz vor. Dabei werden jeweils drei aufei-nanderfolgende SAR-Bilder zusammengefasst und in einer Sequenz von Rot-Grün-Blau-Farbbildern angezeigt. Die einfache Farbdarstellung kann Inhaltsänderungen deutlich hervorheben, ohne den Informationsgehalt zu verfälschen, was die visuelle Bildinterpretation stark vereinfacht.

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PROMOTIONEN

In den letzten Jahren ist insbesondere in der Sicherheits-technik eine steigende Nachfrage nach neuen Technologi-en zur Erkennung von sicherheitskritischen Materialien zu beobachten. Der Terahertz (THz)-Frequenzbereich, der sich im elektromagnetischen Spektrum zwischen Mikrowellen und Infrarot befindet, ist aufgrund seiner Eigenschaften prädestiniert für Anwendungen in der Sicherheitstechnik. Viele Materialien, wie beispielsweise Sprengstoffe besit-zen resonante Absorptionen, sogenannte spektrale Fin-gerabdrücke im THz-Frequenzbereich, welche die Erken-nung dieser Materialien erlauben. In Kombination mit der Transparenz vieler Kleidungs- und Verpackungsmaterialien liegt die Anwendung von THz-Technologie zum Erkennen versteckter Sprengstoffe nahe. Die Voraussetzungen für eine erfolgreiche Erkennung von energetischen Materiali-en mit THz-Technologie müssen in zwei Bereichen geschaf-fen werden. Diese zwei Bereiche sind geeignete THz-Tech-nologien zur Materialerkennung einerseits und detaillierte spektroskopische THz-Analysen andererseits.Diese Arbeit untersucht beide Aspekte durch die Evaluation einiger geeigneter Detektortechnologien zur THz-Materia-lerkennung sowie spektroskopische Untersuchungen einer Auswahl von interessanten energetischen Materialien. Im Rahmen dieser Arbeit entworfene THz-Spektroskopie-Auf-

bauten in Transmission und Reflexion werden zur THz-Ana-lyse energetischer Materialien verwendet. Die Transmissi-onsspektroskopie mit einer hohen Bandbreite von 0,2 - 6,6 THz dient der Ermittlung des Absorptionskoeffizienten als quantitative Größe und ermöglicht erstmalig die zweifels-freie Messung einer Resonanz des Sprengstoffs RDX bei 4,2 THz. Die Variabilität der spektralen Fingerabdrücke aufgrund von Additiven, Inhomogenitäten der Proben und Präparation werden spektroskopisch untersucht. Die dabei festgestellte Präparationsabhängigkeit kann zu einer inho-mogenen Verbreiterung einer Resonanz führen und stellt somit eine Herausforderung für die THz-Erkennung von Sprengstoffen dar.

In dieser Arbeit werden einige interessante Detektortech-nologien bezüglich des Potentials der THz-Sprengstoffer-kennung untersucht. Ein in Kooperation mit Projektpart-nern entwickeltes echtzeitfähiges THz-Bildgebungssystem bei 800 GHz basierend auf einer Zeile von 32 subharmo-nischen Mischern sowie ungekühlte antennengekoppelte Thermoelemente, ebenfalls bei 800 GHz, werden charak-terisiert. THz-Bildgebung an sicherheitskritischen Objek-ten wird mit verschiedenen THz-Bildgebungstechnologien demonstriert. Die THz-Bildgebung von Sprengstoffproben

Huhn, A.:

Terahertz-Erkennung energetischer Materialien: Spektroskopische Analysen und technologische Perspektiven bildgebender Systeme

resultiert in einer Erkennung eines Sprengstoffs anhand einer resonanten Absorption mit verschiedenen THz-Technologien. Dabei wird die THz-Erkennung der Reso-nanz eines Sprengstoffs mit einem Thermoelement als THz-Leistungsdetektor weltweit erstmalig demonstriert. Abschließend wird das Potential der THz-Erkennung ener-getischer Materialen kritisch diskutiert und eine Einschät-zung zur zukünftigen Entwicklung gegeben.

Gutachter: 1. Gutachter: Prof. Dr.-Ing. Peter Haring Bolívar2. Gutachter: Prof. Dr. rer. nat. Volker Blanz

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PROMOTIONEN

In der vorliegenden Arbeit werden neue Verfahren zur experimentellen, daten-basierten Modellbildung (Identifikation) und zur Ver-suchsplanung nichtlinearer Systeme mit Hilfe von loka-len Modellnetzen vorgestellt.

Die aus dieser Arbeit hervorgehenden Algorithmen basie-ren einerseits auf einer detaillierten Analyse und Weiter-entwicklung der linearen Optimierung lokal gewichteter, polynomialer Modelle hinsichtlich Parameterschätzung, Regularisierung, Validierung und Strukturselektion. Ande-rerseits bedarf es nichtlinearer Optimierungsverfahren, um die Gültigkeitsgebiete der lokalen Modelle an den nichtlinearen Prozess anzupassen. Dazu werden geeigne-te, heuristische Partitionierungsstrategien entwickelt, die durch sukzessive Unterteilung des Eingangsraums in der Lage sind, lokale Modellnetze effizient an die zugrunde lie-genden Prozessdaten anzupassen. Dazu bedienen sich die untersuchten Verfahren achsenschräger Teilungsstrategi-en, welche sich durch eine flexible Partitionierung insbe-sondere für höherdimensionale Probleme eignen. Zudem wird eine Strategie vorgestellt, bei der automatisch eine Abwägung stattfindet, ob das Modell entweder mit einer achsenschrägen Teilung flexibilisiert oder ob die Anzahl der zu selektierenden Regressoren der Teilmodelle erhöht werden soll. Die Partitionierung und die lokale Selektion

der signifikanten Polynomterme erfolgen hierbei simultan.

Darüber hinaus bietet die Umsetzung des neu entwickel-ten „Hierarchical Local Model Tree“-Algorithmus’ (HILO-MOT) als statistisches Versuchsplanungsverfahren neue Möglichkeiten für praktische Anwendungen. Neben einer Offline-Versuchsplanung können nichtlineare Prozesse, für die kein a priori-Wissen zur Verfügung steht, mit dem Algorithmus aktiv gelernt werden. Das aktive Lernverfah-ren ist in der Lage, online mit dem Prozess zu interagieren und den Anforderungen entsprechend die Messpunkte effi-zient zu platzieren. Die vorgestellten Algorithmen werden durch die Anwen-dung an realen Systemen verifiziert und deren Leistungs-fähigkeit unter Beweis gestellt. Dazu zählt die Modellie-rung des Verbrauchs und der Emissionskenngrößen eines modernen Dieselmotors, die aktive Versuchsplanung im Rahmen eines Structural Health Monitoring-Systems und die adaptive Online-Versuchsplanung am Motorenprüf-stand zur Kalibrierung eines Dieselmotors.

Hartmann, B.:

Lokale Modellnetze zur Identifikation und Versuchsplanung nichtlinearer Systeme

Gutachter: Prof. Dr.-Ing. Oliver NellesProf. Dr.-Ing. Claus-Peter Fritzen

Die vorliegende Arbeit behandelt die Bestimmung von Bewegungsparametern einer räumlich ausgedehn-ten Szene aus den Daten eines mehrkanaligen Radar-systems. Dabei findet eine Unterscheidung zwischen

starren Objekten und verteilten Messgeometrien mit mehreren unabhängig bewegten Streuern statt. Bei einem starren Messobjekt, beispielsweise einem Fahrzeug, kann einerseits die Tatsache ausgenutzt werden, dass die Annah-me falscher Parameter zu einer Defokussierung des Bildes führt, anderseits können Bewegungsdaten auch aus dem Vergleich zweier zeitlich oder räumlich getrennten Mes-sungen abgeleitet werden.

Bei dem weitaus komplizierteren Fall einer verteilten bewegten Szene, z.B. einer oder mehrerer gehenden Per-sonen, müssen zusätzliche Sensoren eingesetzt werden,

um alle Bewegungskomponenten zu erfassen. Hier können Methoden des relativ jungen Forschungsgebietes des „Compressive Sensing“ eingesetzt werden, welche unter bestimmten Bedingungen die Rekonstruktion eines unbe-kannten Signals aus eigentlich unzureichenden Messdaten erlauben.

Da sich die Messszene bei vielen Anwendungen oftmals im Nahbereich der Antenne befindet, können bei ihrer anschließenden Berechnung die sonst üblichen Annahmen – beispielsweise die eines kleinen Blickwinkelbereiches – an dieser Stelle nicht getroffen werden. Aus diesem Grund ergibt sich die Notwendigkeit eines schnellen Rekonstruk-tionsverfahrens, welches in der Lage ist, auch große Szenen unter Berücksichtigung von lokalen Bewegungsparame-tern mit einer hohen räumlichen Auflösung zu berechnen. Ein solches Verfahren (Lokale Fokussierung genannt) wird ebenfalls im Rahmen dieser Arbeit vorgestellt.

Hägelen, M.:

Methoden zur Bestimmung von Bewegungsparametern für abbildende Radarverfahren

Gutachter: Prof. Dr. Otmar LoffeldProf. Dr. Joachim Enderr

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PROMOTIONEN

Die Diagnose von bestimm-ten Wirbelsäulenerkran-kungen, wie z.B. Skoliose, Spondylolisthesis oder Wir-belbrüche, sind Teil des Kli-nikalltags. Häufig werden zur Diagnose dieser Art von Erkrankungen MRT-Daten

benutzt, um zu vermeiden, dass Patienten schädlicher Strahlung, wie z.B. Röntgenstrahlung, ausgesetzt werden. Die Entwicklung eines Segmentierungssystems für eine Reihe von Wirbeln ist komplex. Deshalb wurde die Metho-de zuerst für zwei Typen von Gehirntumoren, Glioblastoma multiforme und Hypophysenadenom, getestet. Ein kleines Dreiecksnetz wird am ungefähren Zentrum des Tumors durch Ballon-Forces expandiert, wobei seine Struktur näherungsweise sternförmig gehalten wird. Der Datensatz wird durch diese Kräfte basierend auf den Minimum- und Maximumintensitäten beim Initialisierungsschritt implizit in ein inneres und ein äußeres Segment unterteilt. Nach-dem die Segmentierung abgeschlossen ist, wird das Volu-men des Tumors berechnet. Das Segmentierungssystem für die Wirbelsäule benutzt einen „Bottumup“-Ansatz zur Erkennung der Wirbel, der auf nur einer manuellen Initia-lisierung basiert. Als effiziente global-zu-lokal Glättungs-bedingung wurde eine Oberflächenunterteilungshierar-chie eingeführt, die man sich als interne Kraft vorstellen

kann. Zu Beginn wurden Intensitätswerte zusammen mit „low-high“-Werten verwendet, um die Ermittlung von Kanten zu erleichtern. Aber der Kantenschätzer entwi-ckelte sich hin zu einem Multimerkmalsansatz. Das end-gültige System benutzt einen Viola-Jones-Detektor, um das Zentrum und die ungefähre Größe von Wirbeln zu bestimmen. Dieser Ansatz gibt dem Nutzer die Möglich-keit die Erkennung manuell zu korrigieren und ermöglicht eine parallele Berechnung der Merkmale und Segmentie-rung und stellt eine Basis für eine zuverlässige Diagnose dar. Das System wurde an 26 lumbalen Datensätzen eva-luiert, welche 234 Referenzwirbel beinhalteten. Die Wir-belerkennung hat 7.1% „false positives“ und 1.3% „false negatives“. Der durchschnittliche Dice-Koeffizient im Ver-gleich zur Handsegmentierung ist 79.3% und der mittle-re Abstandsfehler beträgt 1.77mm. Alle schlimmeren Fälle der drei Erkrankungen wurde korrekt erkannt und Fehlalar-me traten selten auf - 0% bei Skoliose, 3.9% bei Spondylo-listhesis und 2.6% bei Wirbelfrakturen. Die Hauptvorteile dieses Systems sind die hohe Geschwindigkeit, die robuste Handhabung von alltäglichen klinischen Aufnahmen und die einfache als auch minimale Benutzerinteraktion.

Zukic, D.:

An Efficient Inflation Method for Segmentation of Medical 3D Images

Gutachter: 1. Gutachter: Prof. Dr. Andreas Kolb 2. Gutachter: Prof. Dr. Gerik Scheuermann

Das Interesse an bistatischer SAR-Verarbeitung ist in den letzten Jahren enorm gestiegen. Es ist nicht nur eine sinn-volle Weiterentwicklung des monostatischen SAR, son-dern bietet ein hohes Maß an Flexibilität in der Entwick-lung neuer SAR-Missionen, verbesserte Klassifizierung und Entdeckung von Objekten in SAR-Bildern, liefert weitere In-formationen über die zu beobachtende Szene, reduziert die Entdeckungswahrscheinlichkeit der Trägerplattform in militärischen Anwendungen usw. Neben all diesen Vor-tei-len führt eine bistatischen SAR-Konfiguration eine kom-plexere Geometrie mit erhöhter Verarbeitungskomplexität herbei, als es beim monostatischen SAR der Fall ist.Um eine rechentechnisch effiziente Verarbeitung zu errei-chen, wurde ein Frequenzbereichsprozessor für verschiede-ne bistatische SAR-Konfigurationen in dieser Arbeit entwi-ckelt. Als erster Schritt wurde das bistatischen Punktziel

Referenzspektrum hergeleitet. Basierend auf diesem Spek-trum wurde ein entsprechender Fokussierungsalgorith-mus implementiert. Die Verifizierung erfolgt mit realen und simulierten bistatischen SAR-Daten für verschiedene bistatische SAR Konstellationen. Die Ergebnisse des Fre-quenzbereichsalgorithmus wurden mit denen einer Zeit-bereichsmethode (Rückprojektionalgorithmus) verglichen. Eine detaillierte Analyse zeigt, dass der hergeleitete Fre-quenzbereichsprozessor sehr gute Fokussierungsergebnis-se liefert.

Qurat, U.:

Bistatic SAR Processing

Gutachter: 1. Gutachter: Prof. Dr.-Ing. Otmar Loffeld2. Gutachter: Prof. Dr.-Ing. Joachim Ender

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Der aktuelle Anstieg an Erd-beobachtungsmissionen hat zu einem Anstieg von mul-ti-modalen Daten geführt die verarbeitet, verstan-den, benutzt und in Archiven gespeichert werden müssen. Die erweiterten Fähigkeiten

von Satellitensensoren sind nur dann von Entscheidungs-trägern nutzbar, wenn sie genaue, fokussierte Informa-tion liefern. Es bestehen zwei Schlüsselprobleme beim Versuch die Lücke zwischen Forschung, Wissenschaft und Multi-User-Systeme zu füllen: (1) Die aktuellen Sys-teme für Datenzugriffe erlauben nur Anfragen basierend auf geografischer Position, Aufzeichnungszeit, Sensortyp. Aber diese Informationen sind oft weniger wichtig als der latente, konzeptuelle Inhalt der Szenerien. (2) Viele neue Anwendungen von Erdbeobachtungsdaten benötigen Wissen über komplexe Bildverarbeitung und Computer Vision Methoden um Information verstehen und extrahie-ren zu können.

Diese Dissertation zeigt zwei wichtige Konzeptmodule eines theoretischen Image Information Mining (IIM) Sys-tems für Erdbeobachtung auf: Semantische Informati-onsentdeckung in großen Datenbanken und Datenvisu-alisierungstechniken. Diese Module erlauben Benutzern

das Entdecken und Extrahieren relevanter konzeptioneller Informationen direkt aus Satellitendaten und die Erzeu-gung von optimalen Visualisierungen dieser Informatio-nen.

Der erste Beitrag dieser Dissertation bringt eine theoreti-sche Lösung, welche diese Lücke überbrückt, und entdeckt semantische Regeln zwischen dem Output von state-of-the-art Klassifikationsalgorithmen und semantischer, menschlich definierter, manuell angewendeter Termino-logie von kartographischen Daten. Ein Satz von Regeln erklärt in latenten, linguistischen Konzepten den Inhalte von Satellitenbildern und verbindet die low-level Maschi-nensprache mit high-level menschlichem Verstehen.

Der zweite Beitrag dieser Dissertation ist eine adaptive Visualisierungsmethode, die einem Bildanalysten im Ver-stehen der Satellitenbilder durch optimale Repräsentation hilft und die kognitive Unterstützung beim Entdecken von relevanter Informationen in Szenerien bietet. Die Metho-de ist eine interaktive Technik, die angewendet wird, um eine optimale Kombination von drei Spektralfeatures eines Multiband-Satellitenbildes, welche die Visualisierung von gelernten Zielen und Phänomenen ermöglicht. Das visu-elle Mining-Modul ist essentiell für IIM Systeme, da alle erdbeobachtungsbasierten Anwendungen mehrere Schrit-te von visueller Inspektion benötigen und davon abgelei-

Bratasanu, D.:

Interactive Models for Latent Information Discovery in Satellite Images

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Gutachter: Prof. Dr. Otmar LoffeldProf. Dr. Mihai Datcu (DLR, University Politehnica Bucharest)

tete Informationen immer vom Operator selbst gemacht werden müssen. Um eine maximale Korrelation von Anfor-derungen des Analysten und den Möglichkeiten von Com-putern sicher zu stellen, modelliert das Visualisierungs-modul das menschliche Wahrnehmungssystem und stellt weiterhin sicher, dass eine änderung im Bildraum äquiva-lent zu einer änderung der Wahrnehmung durch den Ope-rator ist. Diese These präsentiert neuartige Konzepte und Methoden, die Anwendern helfen latente Informationen in Archiven zu finden, und visualisiert Satellitenszenen in einem interaktiven, menschlich zentrierten und informati-onsgetriebenen Arbeitsprozess.

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Im Rahmen dieser Arbeit wurden zahlreiche organische Photozellen optoelektronisch charakterisiert. Die gewon-nen Erkenntnisse konnten beim Kooperationspartner (BASF-SE) erfolgreich eingesetzt werden, um die Herstel-lungstechnologie der organischen Photozellen zu verbes-sern. Außerdem wurde ein neuartiges physikalisches Phä-nomen entdeckt, der FIP-Effekt.Die durchgeführten Studien umfassen die Ladungsinjekti-on und Transportphänomene in organischen Halbleitern. Dazu gehören ortsaufgelöste Strom-Spannungs-Kennlini-en, Strombilder sowie Strombild-Crosstalks von Nachbar-zellen. Dabei wurde zur Aufnahme der Effizienztopologie ein Messaufbau vorgestellt, mit dem Photostrommessun-gen organischer Photozellen mit hoher Genauigkeit durch-geführt werden können.Es wurde stets der Kurzschlussstrom der einzelnen kon-taktierten Zelle gemessen, der durch das Bestrahlen der Zelle mit einem Laserspot (Durchmesser ca. 10 µm, 532 nm) erzeugt wurde. Der gemessene Stromwert wird als Funktion der Spotposition wiedergegeben. Nach der Opti-mierung der Elektrodengeometrie wurde gezeigt, dass die Stromtopologien innerhalb der kontaktierten Zellen sehr viel homogener sind, als das bei früher untersuchten Zellen der Fall war. Die Erhöhung der Zelleffizienz vom Mittelwert auf den Wert der maximal gemessenen Effizienz beträgt ca. 20 %. Ebenfalls wurde der Einfluss der Lichtintensität auf die Effizienz der organischen Photozellen ausführlich untersucht. Es wurde gezeigt, dass die Effizienz sowie die Reaktion der organischen Photozellen mit zunehmender Lichtintensität steigen. Zusätzlich wurde die Abhängig-

keit des Photostromes vom modulierten Anregungslichts gemessen. Es zeigte sich, dass die angelegte Spannung, einen Einfluss auf den FIP-Effekt hatte: Umso höher die angelegte Spannung desto niedriger der FiP-Effekt. Dar-über hinaus ist ein mathematisches Modell für alle rele-vanten gemessenen physikalischen Vorgänge entwickelt worden. Es wurde mit Computersimulationen gezeigt, dass die Dichtevariationen der Fallenzustände bei der Photo-stromberechnung eine aussagekräftige analytische Effi-zienzbeschreibung liefert. Es wurden Berechnungen für die Abhängigkeit des Photostromes von der Lichtintensi-tät bei unterschiedlichen Fallenzustände durchgeführt. Es ist festgestellt worden, dass die Fallenzustände bei klei-ner Lichtintensität zu stärkerer Effizienzminderung als bei intensiver Bestrahlung führen.Bei der Messung der Abhängigkeit des Kurzschlussphoto-stromes vom Spotdurchmesser F eines Lichtstrahles mit gleichbleibender Lichtleistung wurde festgestellt, dass der erzeugte Photostrom mit der Fokussierung ansteigt. Erwartungsgemäß zeigten die entsprechenden Messungen an Silizium- und an Germanium-Dioden die oben beschrie-bene Abhängigkeit des Kurzschlussphotostromes vom Spotdurchmesser F auf der organischen Photozelle nicht. Aufgrund dieser neuartigen Bauteileigenschaften wird eine derartige Photozelle als FiP-Detektor bezeichnet.Weiterhin konnte durch die Frequenz- und lntensitätsvari-ation des Anregungslichtes die Füllzeit des Fallenzustandes an experimentelle Daten angepasst werden. Die berech-neten Füllzeiten des Fallenzustandes sind mit den gemes-senen Füllzeiten vergleichbar. Die Messungen bestätigten,

Mohamedi, H. al-:

Optische Charakterisierung von organischen Photozellen und ihre Anwendung in der dreidimensionalen Messtechnik

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Gutachter: 1. Gutachter: Prof. Dr.-Ing. Peter Haring Bolívar2. Gutachter: PD Dr. rer. nat. Erwin Thiel

dass die Intensität und Frequenz des Anregungslichtes die maßgeblichen Faktoren bei der Füllung und Entleerung der Fallenzustände sind. Ein weiteres interessantes Ergebnis dieser Arbeit zeigten die simultanen Messungen von Pho-tostrom- und FiP-Topologie. Sie zeigen einen eindeutigen Zusammenhang zwischen der Photostrom- und Fallenzu-stände. Beim Vergleich der gemessenen FiP-Kurven mit den theoretisch berechneten, kann man auf einen Zusam-menhang der Trap-Konzentration schließen. Ferner wurde gezeigt, wie es mit Hilfe dieser Erkenntnisse möglich ist, neuartige optische Sensoren zu realisieren, die auch Tiefen-information registrieren können. Anhand einer professio-nellen “Freedom To Operate “ Recherche konnte sicherge-stellt werden, dass es sich tatsächlich um ein neuartiges Verfahren handelt. Dieses wurde inzwischen zum Patent angemeldet.Abschließend werden ein Überblick der verschiedenen Anwendungsgebiete und der Zukunftsperspektiven der FiP-Technologie gegeben. Dies betrifft beispielsweise kon-fokale Mikroskopie und Entfernungsmessung. Bei der Mes-sung mehrerer hintereinanderliegender fluoreszierender Farbstoffschichten konnte gezeigt werden, dass das axiale Auflösungsvermögen des FiP-Mikroskops mit einem kom-merziellen konfokalen Mikroskop (Nikon eclipse TE 300) vergleichbar ist. Dabei wurde gezeigt, dass sich das axiale Auflösungsvermögen bei steigender Frequenz bzw. Leis-tungsminderung des Anregungslasers verbessert.Aufgrund seines oben beschriebenen charakteristischen Photostromverlaufs, lässt sich der FiP-Effekt auch zur Ent-fernungsmessung einsetzen. Es wurde eine FiP-Kamera

gebaut, mit der die Entfernung beweglicher Gegenstände in Echtzeit vermessen werden kann. Mit der FiP-Kamera wurden hohe Messwertauflösungen und Genauigkeiten erreicht. Diese wären bei konventionellen Geräten mit sehr hohem Aufwand verbunden. Da es sich bei dem Empfänger um einen Einpixeldetektor handelt, müssen keine umfang-reichen Datenmengen bewältigt werden. Auf Basis der vor-liegenden Arbeit wurde vom BMBF ein F&E-Projekt bewil-ligt. Ziel dieses Projektes ist drucktechnische Herstellung eines neuartigen 3DSensors. Die FiP-Empfänger sollen für den Gebrauch in verschiedenen Spektralbereichen (NIR Rot, Grün, Blau) optimiert werden. Dies soll in weiterfüh-renden Arbeiten vertieft werden.

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In der vorliegenden Arbeit wird die Musterbildung auf Sili-ziumoberflächen durch den Beschuss mit Eisenionen unter schrägem Einfallswinkeln untersucht. Experimentell wird beobachtet, dass es zu selbstorganisierter Strukturbildung an der Oberfläche kommt, wenn die Ionendosis (Fluenz) einen bestimmten Schwellenwert überschreitet. In dieser Arbeit wird der Einfluss der Ionenstrahl-Parameter auf die Musterbildung untersucht. Insbesondere wird die Region nahe der Oberfläche, in welcher die Fe-Ionen eine ent-scheidende Rolle bei der Musterbildung spielen, mittels Oberflächensensitiver Röntgenstreuung untersucht. In einem ersten Schritt wird das Dichteprofil nahe der Oberfläche als Funktion von Ionenenergie und Fluenz untersucht. Röntgenreflektometrie zeigt dabei die Ausbil-dung einer mit Eisen angereicherten Schicht in den ersten Nanometern unterhalb der Oberfläche, jedoch wird keine ausgeprägte Abhängigkeit von der Ionenfluenz festgestellt. Um die Oberflächensensitivität weiter zu erhöhen, wird eine neue Methode basierend auf der extrem asymme-trischen Röntgenbeugung eingesetzt. Diese erlaubt die Ermittlung kleinster Dichtevariationen infolge des Nach-weises kleinster Winkelverschiebungen des gebeugten Röntgenstrahls auf Grund der Brechung des Röntgen-strahls an der Oberfläche. Durch Simulationen mit Hilfe der dynamischen Theorie der Röntgenbeugung wird eine mit steigender Fluenz zunehmende Verringerung der

Dichte nahe der Oberfläche nachgewiesen. Daraus wird gefolgert, dass die Massendichte an der Oberfläche unter Einfluss der Musterbildung abnimmt. In einem zweiten Schritt wird die Ausbildung von Eisen-Siliziden verschiedener Stöchiometrie in der amorphisier-ten Region nahe der Oberfläche untersucht. Die Kombi-nation von Röntgen-Photoemissions-Spektroskopie und Röntgenabsorptionsspektroskopie mittels Synchrotron-strahlung erlaubt eine tiefenaufgelöste Bestimmung der chemischen Bindungszustände von Si und Fe Atomen nahe der Oberfläche. Es wird gezeigt, dass sich nahe der Ober-fläche Eisenreiches Silizid (Fe3Si), in größerer Tiefe nahe der Grenzsschicht zu noch kristallinem Silizium jedoch ver-mehrt Siliziumreiches FeSi2 Silizid bilded. Dieser Nachweis belegt, dass chemisch gebundenes Eisen eine Vorbedin-gung zur Musterbildung darstellt. Die gebildeten Phasen mit unterschiedlichem Fe-Si Verhältnis auf glatten und strukturierten Oberflächen entsprechen niedrigen und hohen Ionen-Flüssen. In einem dritten Schritt wird die Rekristallisation dieser Eisensilizide während thermischem Ausheizens bei Tem-peraturen bis 800°C untersucht. Tiefenaufgelöste Mes-sungen mittels Röntgenbeugung unter streifendem Einfall (GID) belegen, dass sich nahe der Oberfläche ß-FeSi bildet, in größerer Tiefe jedoch ß-FeSi2 mit geringerem Fe-Gehalt. Verschiedene gebildeten Phasen mit unterschiedlichen

Khanbabaee Patekhour, B.:

Depth resolved investigation of ion beam induced pattern formation on silicon using X-ray methods

Gutachter: Prof. Dr. Dr. h.c. Ullrich PietschProf. Dr. Dr. h.c. Bernd Rauschenbach

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Verhältnis im Fe-Si Schicht auf glatten und strukturierten Oberflächen entsprach niedrige und hohe Ionen Flüssen. Zuletzt wird die Musterbildung auf Si(001) Oberflächen nach Krypton-Sputtering bei gleichzeitigem Eisen-Eintrag untersucht. Es zeigt sich, dass es auch in diesem Fall nur zu Musterbildung kommt, wenn die Konzentration von Eisen-atomen an der Oberfläche einen Schwellenwert über-schreitet. Für hohe Eisenkonzentrationen kommt es zur Ausbildung periodischer Ripple-Muster mit einer Anreiche-rung von Eisen nahe der „Gipfel“ der Ripples. Photoelekt-ronen-Spektroskopie und Röntgenabsorptionsspektrosko-pie zeigen auch hier die Ausbildung von Silizidphasen mit abnehmendem Eisengehalt von der Oberfläche in Richtung auf das Volumen.

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Die Verfügbarkeit von großen Mengen von Fernerkun-dungsbildern mit einer Auflösung im Meterbereich, wie sie die neueste Generation von Radar-Satelliten mit synthe-tischer Apertur (SAR) erzeugt, bedingt auch neue Unter-suchungen. Um zutreffende Bilder in großen Datenbanken zu suchen und daraus abzurufen, werden neue Verfahren zur automatischen Analyse, Interpretation und Indexie-rung von SAR Bildern benötigt. Die bisher dazu entwi-ckelten Methoden basieren auf dem Verstehen der Speck-le Eigenschaften in SAR-Bildern. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der modellbasierten Schätzung von Texturpa-rametern im Amplitudenraum von SAR-Bildern, wie zum Beispiel bei parametrischen Gibbs basierten Methoden in einem Bayes-Modell. Diese Methoden haben sich als sehr erfolgreich erwiesen für SAR-Bilder mit einer Auflösung im Bereich von 10-50 Metern unter der Annahme von statio-nären Signalen in einem Suchfenster mit passender Größe.

Die Herausforderung bei SAR-Bildern mit einer Auflö-sung im Meterbereich liegt im Vorhandensein von sehr vielen isoliert instationären Details, wo eine modellbasier-te Parameterschätzung ungenaue Ergebnisse liefert. Diese Einschränkung führt uns zur Hinwendung auf nicht-para-metrische Strategien mit Nutzung der Phaseninformation zur Transformation von SAR-Bildern in einen geeigneten Raum. Ein grundlegender Beitrag dieser Arbeit ist die Dar-stellung der Vorteile und der Bedeutung der Phaseninfor-mation in komplex-wertigen SAR-Bildern gegenüber der Verwendung des reinen Amplitudenraums für solche Stra-tegien.

Wir untermauern die Bedeutung der Phaseninformati-on mit einem Vorschlag für eine Methode zur Zerlegung von Bildern in mehrere Sub-Looks (MSLD). Diese Methode erzeugt Hyperbilder aus der spektralen Analyse von kom-plex-wertigen SAR Bildern und erlaubt die visuelle Unter-suchung von Objekten. Darauf aufbauend wird gezeigt, dass eine aus Chirplets abgeleitete Transformation die gebrochene Fourier-Transformation (FrFT) - einen echten und für SAR bedeutsamen Multiskalenansatz darstellt, bei der die Skalierung in der Phase durchgeführt wird. Ein vor-geschlagener nicht parametrischer Deskriptor zur Merk-malsbeschreibung, der auf statistischen Maßen zweiter Ordnung (logarithmischen Kumulanten) beruht und durch die Größe des Amplitudenraums der FrFT-Koeffizien-ten geschätzt wird, zeigt im Merkmalsraum eine erhöhte Trennbarkeit für eine verbesserte Indexierung.

Zur Validierung des vorgeschlagenen nicht-parametrischen Verfahrens auf Grundlage der FrFT wurde zum Vergleich mit bereits existierenden Methoden eine experimentel-le Datenbasis für Leistungstests mit Single Look Complex (SLC) TerraSAR-X- Bildern im Spotlight-Modus generiert. Zur Beurteilung und zum Vergleich der untersuchten Algo-rithmen schlagen wir eine robuste methodologische Klas-sifizierungs-Umgebung vor.

Singh, J.:

Spatial Content Understanding of Very High Resolution Synthetic Aperture Radar Images

Gutachter: 1. Gutachter: Prof. Dr. Otmar Loffeld2. Gutachter: Prof. Dr. Mihai Datcu (DLR, University Politehnica Bucharest)

PROMOTIONEN

Transportierte Substanzen, wie beispielsweise Salz, Was-serfarben und Waschmittel, ändern nicht nur die Eigen-schaften und das Erscheinungsbild von Flüssigkeiten, sondern interagieren auch mit den sie umgebenden Mate-rialien. Besonders die physikalisch-basierte Simulation dieser Transport-Phänomene kann ein wichtiges Werk-zeug für visuelle Effekte sein. Obwohl Smoothed Partic-le Hydrodynamics (SPH) State-of-the-Art Lösungen für die Bewegung von Flüssigkeiten im Zusammenspiel mit offenen Simulationsbieten und freien Oberflächen bieten, stellen Aspekte des Flüssigkeitstransportes bisher ein Desi-derat der Forschung dar. Das Hauptziel dieser Promotions-arbeit ist es, mittels effizienten Simulations- und Rende-ring Mechanismen für Flüssigkeitstransportprozesse, die bisherige SPH-basierte Forschung im Bereich der Flüssig-keitsanimationen voranzutreiben. Da die Eigenschaften von SPH direkt an Feldinterpolationen gekoppelt sind, erarbeitet die vorliegende Qualifikationsarbeit drei neue Sampling-Techniken für eine effiziente Rekonstruktion von Partikelfeldern:Erstens werden die bestehenden Transportgleichungen um einen entsprechenden Oberflächentransport erweitert. Um die Kopplung zwischen Bulk und Oberfläche zu errei-chen, wird die Oberfläche mittels einer impliziten Delta-funktion beschrieben. Das Sampling der impliziten Ober-fläche mit Volumenpartikeln führt zu einer konsistenten Beschreibung der quantitativen Felder im Volumen und an der Oberfläche. Das eingebettete Oberflächenmodell ver-meidet dabei eine vor-und-zurück Interpolation zwischen Volumen und Oberflächenfeldern und legt zudem das Fun-dament für stabile und symmetrische Randbedingungen.Zweitens wird durch ein adaptives Sampling in homogenen

Bereichen der hohen Partikelzahl an der Oberfläche ent-gegengewirkt: Ein zeitkohärentes Sampling, welches durch ein kontinuierliches Überblenden von Partikelauflösungen erreicht wird, führt die nötige Robustheit ein, die beson-ders im Zusammenhang mit inkompressiblen Flüssigkeiten benötigt wird.

Drittens, stellt die Arbeit einen Samplingmechanismus für eine hochqualitative Strahlenverfolgung von Partikelfel-dern ohne Vorverarbeitung vor. Der beschriebene Greedy-Ansatz enthüllt strikte Fehlergrenzen für den darunterlie-genden adaptiven Samplingmechanismus und stellt einen Cache-kohärenten Partikelzugriff sicher.

Fehlervorhersagen stabilisieren dabei die Integrations-Zeitschritte während der Simulation und erhalten Kontu-ren während der Strahlenverfolgung. Abgesehen von den technischen Neuerungen bietet die vorliegende Disserta-tion eine komplette datenparallele Implementierung auf aktuell verfügbaren Graphikkarten (GPUs), ohne dabei die verwendeten Algorithmen auf hardware-spezifische Aspekte zu beschränken.

Orthmann, J.:

Efficient SPH-based simulation and rendering of fluid transport dynamics

Gutachter: 1.Gutachter: Prof. Dr. Andreas Kolb2.Gutachter: Prof. Dr. Matthias Teschner (Universität Freiburg)

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Diese Forschungsarbeit ist ein Beitrag zur Entwicklung eines Framework für kooperatives SLAM mit heterogenen, mobilen Robotern. Die präsentierte Forschungsarbeit trägt in zwei Aspekten in einem Team von heterogenen, mobi-len Robotern bei. Erstens stellt es ein mathematisches Framework für kooperative Lokalisierung und geometrisch basierende Kartengenerierung bereit. Zweitens schlägt es ein Softwareframework zur Steuerung, Konfiguration und Management einer Gruppe von heterogenen mobi-len Robotern vor. Da Kartenerstellung und Poseschätzung miteinander stark verbunden sind, werden zwei neuarti-ge Techniken zur Sensordatenfusion präsentiert. Weiter-hin werden zum Stand der Technik verschiedene Techniken zur Lokalisierung und Kartengenerierung sowie Softwa-reframeworks für die mobile Robotik diskutiert, um einen Überblick über die aktuelle Entwicklung in diesem For-schungsbereich zu geben.

Die mathematische Formulierung des SLAM Problems löst das Problem der Roboterzustandsschätzung und der Umgebungsmerkmale durch Benutzung eines Kalmanfil-ters. Das Softwareframework ist ein Beitrag zum anhalten-den Standardisierungsprozess von kooperativen, mobilen Robotern. Um die Effektivität eines kooperativen mobilen

Robotersystems zu verbessern, enthält des vorgeschlage-ne Softwareframework die Möglichkeit die Kommunikati-onsprotokolle flexibel zu ändern, mit verschiedenen Sen-soren zu arbeiten sowie die Möglichkeit die Sensordaten verschieden zu organisieren und verschiedene Roboter von einem Interface aus zu steuern.

Die präsentierte Arbeit kann in einer Vielzahl von Appli-kationen in verschiedenen Domänen benutzt werden, wo eine Karte der Umgebung nicht vorhanden ist, und es nicht möglich ist GPS Daten zur präzisen Lokalisierung eines mobilen Roboters zu nutzen. Daher müssen die mobilen Roboter sich auf die selbsterstellte Karte verlassen.

Nasir, A. K.:

Cooperative simultaneous localization and mapping framework

Gutachter: 1. Gutachter: Prof. Dr. –Ing. Hubert Roth2. Gutachter: Prof. Dr. rer. nat. Klaus Schilling (Universität Würzburg)

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Studierende der Universität Siegen stellten ihr Können auf dem Field Robot Event 2014 unter Beweis.

Das nunmehr 12. Field Robot Event fand dieses Jahr vom 16. bis zum 19. Juni in Bernburg an der Saale statt und war an die Feldtage der Deutschen Landwirt-schafts-Gesellschaft (DLG) gekoppelt. Bei dem inter-nationalen Feldroboter Wettbewerb treten Teams mit selbstgebauten Robotern in verschiedenen landwirt-schaftlichen Disziplinen gegeneinander an. Anders als bei aktuellen Landmaschinen, die durch ihr hohes Gewicht den Boden verdichten und somit schädigen, soll zukünftig ein anderer Weg eingeschlagen werden: nicht mehr eine große von Menschenhand gesteuerte Maschine übernimmt die Feldarbeit, sondern Schwär-me von kleinen leichten Robotern arbeiten rund um die Uhr autonom und bodenschonend. Diesem Leitsatz folgend nahmen bei dem diesjährigen Event insgesamt 23 Teams aus 10 Ländern teil. Der Wettbewerb ist in mehrere Disziplinen aufge-teilt. Autonomie der Roboter und die Nähe zur land-wirtschaftlichen Anwendung stehen im Vordergrund. Zuerst mussten die Roboter möglichst schnell eigen-ständig durch ein Maisfeld navigieren. Dann sollten

Hindernisse erkannt und umgangen werden. Schließ-lich wurde die Wahrnehmungsfähigkeit durch das Erkennen von „Unkraut“ in Form von gelb-grünen Golf-bällen geprüft.Das Sieg(en)er Team des Institutes für Echtzeit Lernsys-teme unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Klaus-Dieter Kuhnert und Dipl.-Inform. Klaus Müller nahm dieses Jahr zum zweiten Mal am Wettbewerb teil und setzte sich gegen die internationale und etablierte Konkurrenz durch. Besonders in den ersten beiden Aufgabenberei-chen brillierte das Siegener Team und fuhr das komplet-te Testfeld in neuer Bestzeit aller Wettbewerbe ab und erreichte damit zweimal den ersten Platz. In der Wahr-nehmungsaufgabe entwickelte der Roboter zu viel Phantasie und landete auf dem 3. Platz. Den Gesamt-sieg des Wettbewerbs teilte sich das Team der Univer-sität Siegen bei Punkte Gleichstand mit der Czech Uni-versity of Life Sciences aus Prag.Da auch die Kooperation von Feldrobotern in der Land-wirtschaft der Zukunft eine wichtige Rolle spielt, ging es in einer weiteren Aufgabe um das Zusammenspiel zweier Roboter unterschiedlicher Teams. Hier koope-rierte das Siegener Team mit dem Team aus Osnabrück und gewann auch in dieser Disziplin den ersten Preis.

Siegener Team wird Weltmeister mit dem Feldroboter Phaethon

Universität SiegenPressemitteilung

14.07.2014

PRESSESPIEGEL

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Am Donnerstag, 25. Sept. 2014, fand im Alfred-Scha-ber-Hörsaal vor ca. 45 Teilnehmern aus Hochschule und regionaler Wirtschaft das 2.Siegener Forum Senso-rik statt. Eingeladen dazu hatte das Zentrum für Sen-sorsysteme (ZESS), unterstützt durch den Siegener Bezirksverein des VDI, Arbeitskreis „Mess- und Auto-matisierungstechnik“. Die Zusammenarbeit des VDI mit der Universität Siegen hat eine lange Tradition.Die Veranstaltungsreihe greift dabei jeweils für die industrielle Anwendung wichtige Themenfelder aus der Sensorik auf und stellt interessierten Anwendern aus der regionalen Wirtschaft aktuelle Entwicklungen vor. Ging es im Jahr 2013 um die Schwingungsmesstechnik mit dem Slogan „Alles schwingt …“, so war das Leit- thema dieses Jahres die industrielle Prüfung von Ferti-gungsteilen mit Hilfe optischer Sensoren: „Qualitäts-kontrolle: Drum prüfe … - 100% oder Stichprobe?“Kunden fordern von ihren Lieferanten zunehmend eine hundertprozentige, dokumentierte und validierte Qua-litätskontrolle. Insbesondere bei Massenprodukten ist die individuelle Prüfung durch Menschen kaum mehr möglich. Andererseits bietet ́ die immer leistungsfähi-gere und kostengünstig verfügbare Sensortechnik die technischen Voraussetzungen, diese Forderungen zu erfüllen. Die rund dreistündige Veranstaltung wurde vom stellvertretenden Vorsitzenden des ZESS, Prof. Dr.-Ing. Claus-Peter Fritzen, eröffnet, anschließend gab

Geschäftsführer Dr.-Ing. Klaus Hartmann eine Einfüh-rung in die Thematik und erläuterte die Aktivitäten des ZESS zum Thema optische Prüfung. Drei auswärtige Referenten schilderten dann aus ver-schiedenen Blickwinkeln der industriellen Anwendung die Anforderungen und Umsetzung an bzw. von opti-schen Messmethoden zur Kontrolle von Fertigungstei-len. Den Auftakt machte Herr Dr.-Ing. A. Ohl, von der Firma Wenglor, Tettnang (Bodensee) mit dem Thema „Quali-tätsprüfung mit Sensoren - Möglichkeiten und Heraus-forderungen“. Er gab einen Überblick, welche Möglich-keiten es heutzutage in diesem Bereich gibt und was es bei einer Planung und Umsetzung solcher Prüfkonzepte im Produktionsprozess zu beachten gilt. Dr.-Ing. W. Kleuver, Dr. Schneider Messtechnik GmbH, Bad Kreuznach, legte in seinem Beitrag „Die industri-elle Prüfung in der Fertigung auf Basis optischer Mess-verfahren“ den Fokus auf moderne Koordinatenmess-maschinen mit Bildsensoren, mit denen es in einem Sekundenbruchteil möglich ist, eine Vielzahl von geo-metrischen Maßen eines komplexes Bauteils hochge-nau zu vermessen und damit die Einhaltung von Ferti-gungstoleranzen zu überprüfen.

Im abschließenden Beitrag „Sortieranlagen für die 100%-Prüfung industriell gefertigter Massengüter“ beschäftigte sich Dr.-Ing. S. Zoll von der Fa. Asentics,

2. Siegener Forum Sensorik

Universität SiegenPressemitteilung

16.06.2014

Siegen, mit der Frage, wie man im Rahmen eines Sor-tierprozesses unabhängig vom Produktionsprozess große Teilemengen unter definierten Prüfbedingungen auf ihre Qualität kontrollieren kann.

In der abschließenden Diskussion wurde noch die Rolle optischer Prüfmethoden im Hinblick auf die Flexibili-sierung der Fertigungsprozesse, die eine zentrale Rolle in der Initiative „Industrie 4.0“ spielt, beleuchtet. Dabei können z.B. verschiedene Maschinen im Rahmen des Fertigungsprozesses via Datennetzwerk miteinander kommunizieren und Informationen über die produzier-ten Teile austauschen.

Beim anschließenden lockeren „Get-Together“ blieb noch genügend Freiraum für individuelle Diskussionen und Erfahrungsaustausch.Die Veranstaltungsreihe soll im nächsten Jahr mit einem anderen Schwerpunkt fortgesetzt werden.

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PRESSESPIEGEL

Compressed Sensing für die industrielle Bildverarbeitung

K lassische Signal- und Bilderfas -sung, -verarbeitung, -übertragung und -speicherung basiert auf der

Umwandlung von analogen Signalen in dis-krete Signale und der entsprechenden Rückumwandlung. Traditionell stützen sich die dafür notwendigen Abtastprozesse und Signaldarstellungen auf das bekannte Shannonsche Abtasttheorem: Die Abtast-Rate muss mindestens dem Doppelten der im Signal enthaltenen maximalen Frequenz ent-sprechen (Nyquist-Rate). Tatsächlich ent-sprechen fast alle Signalerfassungsprotokolle diesem Prinzip.

Steigende Pixelzahl und Datenvolumen

Getrieben durch den technologischen Fort-schritt steigt jedoch die Anzahl der verfüg-baren Pixel klassischer (CMOS-)Bildsensoren und damit die räumliche Abtastfrequenz kontinuierlich an. Gleichzeitig wächst die spektrale Bandbreite in Richtung Hyperspek-tralsensorik. 3D-Sensoren erfassen zusätzlich zur Helligkeit eines Pixels zum Beispiel die radiale Entfernung des dem Bildpunkt ent-sprechenden Oberflächenpunktes. In der Konsequenz steigt das mit jedem Bild aufge-nommene Datenvolumen linear mit der An-zahl der aufgenommenen Modalitäten und der Anzahl der Bildpunkte.

INDUSTRIE-INFORMATIKNACHGEFRAGT: BILDVERARBEITUNG

FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG: Industrielle Bildverar­beitung ist aus der Automatisierungstechnik schon lange nicht mehr wegzudenken. Welcher zukünftige Trend könnte wegweisend sein in der industriellen Bildverarbeitung der Zukunft, wollten wir wissen und fragten nach bei Prof. Dr. Otmar Loffeld von der Universität Siegen (DE).

KompressionIn der Regel folgen verlustbehaftete Kompressionsverfahren, die dieses Vo-lumen für die Übertragung, Speiche-rung oder Weiterverarbeitung reduzie-ren. Grundlage des Erfolges von Kompressionsverfahren wie JPEG, MPEG und MP3 ist die empirische Beobachtung, dass viele Signale gut durch dünn besetzte approximiert wer-den können, dass heisst durch solche, die wenige nicht verschwindende Koeffizienten bezüglich einer geeignet gewählten Basis besitzen.

Compressed SensingCompressed Sensing (CS) macht sich dies schon bei der Signalerfassung zu-nutze. Statt das vollständige Signal zu messen und mit der Kompression die Koeffizienten wieder «wegzuwerfen», wird in gewisser Weise das komprimier-te Signal direkt gemessen, und dazu ist deutlich weniger Information und Sys-temaufwand nötig, als die eigentliche Signallänge vorzugeben scheint. Be-kanntestes und plakatives Beispiel hierfür ist die in der Digital Signal Processing Group der Rice Uni-versity experimentell aufge-baute Single-Pixel Camera.

Zitatgeber: Prof. Dr. Otmar Loffeld,

Zentrum für Sensortechnik, Universität Siegen,

Deutschland

2 aktuelletechnik.ch 2 | 2014

16.6.2014 Siegener Zeitung :: PrintStory

http://www.siegener-zeitung.de//siegener-zeitung/printstory?p_p_id=DetailedStory_WAR_portalsuite&p_p_lifecycle=0&_DetailedStory_WAR_portalsuite_arg_detailstory_uuid=26b84f86-2994-46d2-8e58-8b04522744ce 1/2

Lokales

Preise und Urkunden

Festlicher Rahmen

Siegen. Das Apollo-Theater war am Freitag Schauplatz der Jahresfeier der

naturwissenschaftlich-technischen Fakultät der Universität Siegen.

jea - Ganz im Zeichen der Jahresfeier der naturwissenschaftlich-technischen Fakultät der

Universität Siegen stand am Freitag das Apollo-Theater.

Der Forschungspreis ging an Prof. Dr. Otmar Loffeld, die Laudatio hielt Prof. Dr. Andreas Kolb.

Zur herausragenden Habilitation gratulierte Prof. Dr. Kerstin Weinberg Privatdozent Dr.-Ing.

Christian Hesch. Die 23 Doktores erhielten ihre Promotionsurkunden aus den Händen von Dekan

Prof. Pietsch.

Die Lehrpreise nahmen Prof. Dr. Hans Dieter Dahmen und Dr. Dieter Wrase entgegen. Den Nachwuchslehrpreis erhielt Prof. Dr. Christoph

Mudersbach. Die Laudatien hielten hier die beiden Studierenden Karen Breuer und Benedikt Schmitz. Prof. Dr. Günter Schröder überreichte den

Alumni-Preis an den Informatiker Dennis Reuling.

14.06.2014 12:41

Den Forschungspreis überreichte Prof. Dr. Andreas Kolb anProf. Dr. Otmar Loffeld. Es gratulierte Dekan Prof. Dr. UllrichPietsch. Foto: jea

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Universität KarlsruheInstitute of process control and robotics (IPR)76131 Karlsruhehttp://www.ipr.uni-karlsruhe.de/

Universität FrankfurtPhysikalisches Institut60438 Frankfurthttp://www.pi.physik.uni-frankfurt.de/

Universität StuttgartInstitut für Technische Optik (ITO)70569 Stuttgarthttp://www.uni-stuttgart.de/ito/

Universität HeidelbergInterdisziplinäres Zentrum für Wissenschaftliches Rechnen (IWR)69120 Heidelberghttp://www.iwr.uni-heidelberg.de/?L=D

University of Adelaide, AustraliaSchool of Electrical & Electronic EngineeringSensor Signal Processing (SSP)http://ssp.eleceng.adelaide.edu.au/

University Politechnica of BucharestFaculty of Electronics, Telecommunications and Information Technology / ETTIBucharest, Romaniahttp://www.pub.ro/English/Faculties/ee.htm Ternopil National Economic UniversityResearch Institute of Intelligent Computer Systems, ICSTernopil, Ukrainehttp://www.tanet.edu.te.ua/ics/index.php

KOOPERATIONEN

Kooperationen mit Universitäten

Institut für Computer Science, Vision und Computational Intelligence der Fachhochschule Südwestfalen (FHSW)58644 Iserlohnhttp://www3.fh-swf.de/fbin/cv-ci.htm

FH WestküsteFritz-Thiedemann-Ring 2025746 Heidehttp://www.fh-westkueste.de/

h-daHochschule DarmstadtBirkenweg 864295 Darmstadthttp://www.eit.h-da.de/

Hochschule Trier Fachbereich Technik Fachrichtungen MaschinenbauPostfach 1826D- 54208 Trierhttp://www.hochschule-trier.de/

Fraunhofer-Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik FHRNeuenahrer Str. 2053343 Wachtberghttp://www.fhr.fraunhofer.de Fraunhofer-Institut für Kommunikation, Informationsverarbeitung und Ergonomie FKIE 53343 Wachtberghttp://www.fkie.fraunhofer.de

Kooperationen mit Fraunhofer-Instituten

Kooperationen mit Fachhochschulen

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PMD Technologies GmbHAm Eichenhang 5057068 Siegenhttp://www.pmdtec.com/

Mercedes Benz DeutschlandForschungsinstitut F171034 Böblingen

KUKA Roboter GmbH 86368 Gersthofenhttp://www.kuka.com/germany/de/company/

ifm electronic GmbH88069 Tettnanghttp://www.ifm-electronic.com/ifmde/web/tettnang.htm

4plus GmbHAm Weichselgarten 3691058 Erlangenhttp://www.4plus.de

UIPM - Union Internationale de Pentathlon ModerneStade Louis II, Entree E13 av. des Castelans98000 Monte CarloMonacohttp://www.pentathlon.org/

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STDS-Jantz GmbH & Co. KGIndustriegebiet EnnestRöntgenstraße 4457439 AttendornDeutschlandhttp://www.stds.de/

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