Publikationen an der Fakultät für Informatik und Automatisierung ab 2015

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Hessler, Philipp;
Refraktionsänderungen in Dämmerung und Nacht. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2020. - 1 Online-Ressource (IX, 237, [23] Blätter)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2020

Eine mögliche Ursache für Sehprobleme in Dämmerung und Nacht stellen Refraktionsänderungen mit abnehmender Leuchtdichte dar: Die Dämmerungs- bzw. Nachtmyopie. In der Literatur wird die Nachtmyopie über drei Effekte erklärt: Die Akkommodationsruhelage, die sphärische Aberration und die Purkinje-Verschiebung. Die vorliegende Arbeit beleuchtet im Rahmen von vier Studien diese möglichen Ursachen für Refraktionsänderungen in mesopischen Lichtverhältnissen und deren Auswirkung auf Visus und Kontrastempfindlichkeit. Die erste Studie untersuchte den Einfluss des Dark Focus of Accommodation auf den Refraktionsstatus. Dabei zeigte sich nach dem Übergang von photopischen zu skotopischen Lichtbedingungen eine klinisch unbedeutende Verschiebung des Refraktionsstatus in Richtung Myopie. Ferner stellte sich der Dark Focus sofort nach der Abdunklung ein und war unabhängig von der Dunkeladaptationszeit. Der Einfluss des Dark Focus auf das Sehen in mesopischen Lichtverhältnissen ist somit als gering einzustufen. In der zweiten Studie wurde der Einfluss der sphärischen Aberration auf die subjektive Refraktionsänderung untersucht. Die subjektive Refraktion änderte sich dabei mit abnehmender Leuchtdichte nicht umso mehr in Richtung Myopie, je positiver die sphärische Aberration war. Zur Untersuchung der Purkinje-Verschiebung wurde ein Versuchsaufbau zur Messung der spektralen Hellempfindlichkeit des menschlichen Auges erstellt und im Rahmen einer Evaluierungsstudie geprüft. Auf dieser Basis konnte in der dritten Studie festgestellt werden, dass die Purkinje-Verschiebung unmittelbar nach der Einstellung einer maximalen Leuchtdichte von 0,1 cd/m^2 eintritt und ebenfalls unabhängig von der Dunkeladaptationszeit ist. Des Weiteren zeigte sich, dass die Purkinje-Verschiebung nicht im Netzhautzentrum, sondern ausschließlich in der Peripherie (10˚) auftritt und wohl nicht zu einer Refraktionsverschiebung mit abnehmender Leuchtdichte beträgt. Die vierte Studie beschäftigte sich mit der Erstellung von Defokuskurven für Visus und Kontrast in Abhängigkeit von der Leuchtdichte. Dabei änderte sich der Refraktionsstatus nur in Einzelfällen in Richtung Myopie. Der Betrag der Myopisierung beträgt weniger als 1 dpt. Astigmatische Änderungen treten in der Regel nicht auf. Ebenso führt die Verordnung einer angepassten Korrektion für mesopische Lichtverhältnisse nur in Einzelfällen zu einer Verbesserung von Visus und Kontrastempfindlichkeit in dunkler Umgebung. Ferner geht aus dieser Arbeit hervor, dass eine Differenzierung zwischen Dämmerungs- und Nachtmyopie notwendig ist.



https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2020000630
Keim, Daniel; Sattler, Kai-Uwe; Hösl, Maximilian; Ohliger, Ursula Alexandra
Von Daten zu KI : intelligentes Datenmanagement als Basis für Data Science und den Einsatz Lernender Systeme : Whitepaper
Stand: Oktober 2020. - München : Lernende Systeme - die Plattform für Künstliche Intelligenz, Geschäftsstelle c/o acatech, 2020. - 1 Online-Ressource (29 Seiten, 516,53 KB). - (Whitepaper)Literaturverzeichnis: Seite 22-23

https://edocs.tib.eu/files/e01fn20/1744208131.pdf
Korobkov, Alexey A.; Diugurova, Marina K.; Haueisen, Jens; Haardt, Martin
Multi-dimensional model order estimation using LineAr Regression of Global Eigenvalues (LaRGE) with applications to EEG and MEG recordings. - In: 28th European Signal Processing Conference (EUSIPCO 2020), (2020), S. 1005-1009

The efficient estimation of an approximate model order is very important for real applications with multi-dimensional data if the observed low rank data is corrupted by additive noise. In this paper, we present a novel robust method for model order estimation of multi-dimensional data based on the LineAr Regression of Global Eigenvalues (LaRGE). The LaRGE method uses the multi-linear singular values obtained from the HOSVD of the measurement tensor to construct global eigenvalues. In contrast to the Modified Exponential Test (EFT) that also exploits the approximate exponential profile of the noise eigenvalues, LaRGE does not require the calculation of the probability of false alarm. Therefore, it is well suited for the analysis of biomedical data. The excellent performance of the LaRGE method is illustrated via simulations and results obtained from EEG as well as MEG recordings.



https://doi.org/10.23919/Eusipco47968.2020.9287523
Hunold, Alexander; Machts, René; Haueisen, Jens
Head phantoms for bioelectromagnetic applications: a material study. - In: Biomedical engineering online, ISSN 1475-925X, Bd. 19 (2020), 87, S. 1-14

Assessments of source reconstruction procedures in electroencephalography and computations of transcranial electrical stimulation profiles require verification and validation with the help of ground truth configurations as implemented by physical head phantoms. For these phantoms, synthetic materials are needed, which are mechanically and electrochemically stable and possess conductivity values similar to the modeled human head tissues. Three-compartment head models comprise a scalp layer with a conductivity range of 0.137 S/m to 2.1 S/m, a skull layer with conductivity values between 0.066 S/m and 0.00275 S/m, and an intracranial volume with an often-used average conductivity value of 0.33 S/m. To establish a realistically shaped physical head phantom with a well-defined volume conduction configuration, we here characterize the electrical conductivity of synthetic materials for modeling head compartments. We analyzed agarose hydrogel, gypsum, and sodium chloride (NaCl) solution as surrogate materials for scalp, skull, and intracranial volume. We measured the impedance of all materials when immersed in NaCl solution using a four-electrode setup. The measured impedance values were used to calculate the electrical conductivity values of each material. Further, the conductivities in the longitudinal and transverse directions of reed sticks immersed in NaCl solution were measured to test their suitability for mimicking the anisotropic conductivity of white matter tracts.



https://doi.org/10.1186/s12938-020-00830-y
Bag, Tanmoy; Garg, Sharva; Preciado Rojas, Diego Fernando; Mitschele-Thiel, Andreas
Machine learning-based recommender systems to achieve self-coordination between SON functions. - In: IEEE transactions on network and service management, ISSN 1932-4537, Bd. 17 (2020), 4, S. 2131-2144

The deployment, operation and maintenance of complex cellular networks are managed autonomously by multiple concurrently executing Self-Organizing Network (SON) functions with dedicated objectives, that can often negatively impact the functioning of each other. It is essential to avoid the blinkered view to their individual targets and consider a holistic approach towards identifying the best possible coordination between them, in order to achieve desired overall network gains while ensuring stable and robust network operation. The designing of appropriate SON-coordination mechanisms is quite challenging as it requires comprehensive modelling of all the complementing and conflicting interactions among them. This article discusses the application of Machine Learning based online Recommender Systems to model the dynamics between SON functions. To evaluate its applicability, in this work, the focus is to jointly implement two intertwined SON functions - Inter Cell Interference Coordination (ICIC) and Coverage and Capacity Optimization (CCO), to implicitly handle their conflicts and achieve the desired trade-off between coverage and capacity by optimizing a joint objective. The proposed cooperative learning and distributed configuration enforcement based ICIC-CCO coordinated SON solution has been evaluated on a system-level LTE network simulator with varied traffic distributions. It has been observed that the outage situations in the network are significantly reduced while still achieving high Signal-to-Interference Ratios (SIRs), even with reduced transmit power settings on several occasions.



https://doi.org/10.1109/TNSM.2020.3024895
Kapp, Daniela; Weise, Christoph; Ruderman, Michael; Reger, Johann
Fractional-order system identification of viscoelastic behavior: a frequency domain based experimental study. - In: 2020 IEEE 16th International Workshop on Advanced Motion Control (AMC), (2020), S. 153-160

https://doi.org/10.1109/AMC44022.2020.9244449
Andryeyev, Oleksandr;
Aerial base station placement in temporary-event scenarios. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2020. - 1 Online-Ressource (xvi, 146 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2020

Die Anforderungen an den Netzdatenverkehr sind in den letzten Jahren dramatisch gestiegen, was ein großes Interesse an der Entwicklung neuartiger Lösungen zur Erhöhung der Netzkapazität in Mobilfunknetzen erzeugt hat. Besonderes Augenmerk wurde auf das Problem der Kapazitätsverbesserung bei temporären Veranstaltungen gelegt, bei denen das Umfeld im Wesentlichen dynamisch ist. Um der Dynamik der sich verändernden Umgebung gerecht zu werden und die Bodeninfrastruktur durch zusätzliche Kapazität zu unterstützen, wurde der Einsatz von Luftbasisstationen vorgeschlagen. Die Luftbasisstationen können in der Nähe des Nutzers platziert werden und aufgrund der im Vergleich zur Bodeninfrastruktur höheren Lage die Vorteile der Sichtlinienkommunikation nutzen. Dies reduziert den Pfadverlust und ermöglicht eine höhere Kanalkapazität. Das Optimierungsproblem der Maximierung der Netzkapazität durch die richtige Platzierung von Luftbasisstationen bildet einen Schwerpunkt der Arbeit. Es ist notwendig, das Optimierungsproblem rechtzeitig zu lösen, um auf Veränderungen in der dynamischen Funkumgebung zu reagieren. Die optimale Platzierung von Luftbasisstationen stellt jedoch ein NP-schweres Problem dar, wodurch die Lösung nicht trivial ist. Daher besteht ein Bedarf an schnellen und skalierbaren Optimierungsalgorithmen. Als Erstes wird ein neuartiger Hybrid-Algorithmus (Projected Clustering) vorgeschlagen, der mehrere Lösungen auf der Grundlage der schnellen entfernungsbasierten Kapazitätsapproximierung berechnet und sie auf dem genauen SINR-basierten Kapazitätsmodell bewertet. Dabei werden suboptimale Lösungen vermieden. Als Zweites wird ein neuartiges verteiltes, selbstorganisiertes Framework (AIDA) vorgeschlagen, welches nur lokales Wissen verwendet, den Netzwerkmehraufwand verringert und die Anforderungen an die Kommunikation zwischen Luftbasisstationen lockert. Bei der Formulierung des Platzierungsproblems konnte festgestellt werden, dass Unsicherheiten in Bezug auf die Modellierung der Luft-Bodensignalausbreitung bestehen. Da dieser Aspekt im Rahmen der Analyse eine wichtige Rolle spielt, erfolgte eine Validierung moderner Luft-Bodensignalausbreitungsmodelle, indem reale Messungen gesammelt und das genaueste Modell für die Simulationen ausgewählt wurden.



https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2020000464
Waswa, Abubaker Matovu;
Multiple resource reuse for device-to-device communication in future cellular networks. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2020. - 1 Online-Ressource (xii, 99 Blätter)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2020

Aufgrund der stärkeren Verbreitung neuer mobiler Anwendungen, z.B. Autonomes Fahren, automatisierte Prozesssteuerung, intelligente Städte / Wohnen und taktiles Internet, nimmt - die Anzahl und Dichte von Geräten, die drahtlose Verbindungen erfordern, immer weiter zu. Dies erfordert effizientere Verfahren zur Nutzung des verfügbaren Frequenzspektrums für zellulare Netze. Um dieser Herausforderung zu begegnen, wurden Ansätze, wie die gemeinsame Nutzung von Frequenzen, vorgeschlagen, um die gesamte spektrale Effizienz zu verbessern. Die Device-to-Device Kommunikation (D2D) mit paralleler Übertragung zu einem zellularen Netz bietet eine Verbesserung der spektralen Effizienz durch die verstärkte gemeinsame Nutzung des verfügbaren zellularen Spektrums. Mit D2D kommunizieren Geräte in unmittelbarer Nähe direkt miteinander ohne oder mit nur einer minimalen Kontrolle über das Mobilfunknetz. Das 3rd Generation Partnership Project (3GPP) unterstützt durch Standardisierung die Integration von D2D in Mobilfunknetze, um die spektralen Effizienzgewinne bei der gemeinsamen Nutzung von Frequenzen unter Gewährleistung der Quality of Service (QoS) zu realisieren. Die Interferenzen zwischen D2D und zellularen Benutzern müssen jedoch während der gemeinsamen Nutzung des Spektrums kontrolliert werden, um diese Gewinne im Netzwerk zu erhalten. Die vorliegende Arbeit untersucht Lösungen, mit denen das Frequenzspektrum des Mobilfunknetzes mit D2D-Benutzern geteilt werden kann, welche sowohl die spektrale Effizienz maximieren als auch die QoS-Anforderungen aller Benutzer erfüllen (in Bezug auf das Signal-zu-Rausch-plus-Interferenz Verhältnis (SINR)). Die vorliegende Arbeit gliedert sich in zwei Teile: eine analytische und eine algorithmische Studie. Zunächst untersucht die analytische Studie den Ansatz für ein Interferenzmanagement, in welchem mehrere D2D-Benutzer das zellulare Spektrum gemeinsam nutzen. Dabei wird die Zuteilung einer einheitlichen Interferenzleistung (UIP) vorgeschlagen - ein Verfahren, bei dem alle D2D-Benutzer mit gleicher Interferenz an der Basisstation (BS) beitragen. Dieses Schema wird auf ein Szenario einer einzelnen Zelle angewendet, welches sehr positive Ergebnisse bei der Verbesserung der spektralen Effizienz erzielt, obwohl einige D2D-Benutzer ihre SINR-Schwellenwerte nicht erreichen können. Eine wesentliche Erkenntnis aus der analytischen Studie ist, dass eine räumliche Trennung zwischen Benutzern, die das Spektrum gemeinsam nutzen, wichtig ist, um ihre gegenseitige Beeinflussung zu minimieren. Die algorithmische Studie konzentriert sich daher auf die Auswahl geeigneter D2D-Benutzern. Zunächst werden räumliche Auswahlkriterien formuliert mit dem Ziel, mehrere D2D-Benutzer zu identifizieren, die das Spektrum eines bestimmten Mobilfunkbenutzers gemeinsam nutzen können, um die spektrale Effizienz zu maximieren, während alle Benutzer ihre SINR-Schwellenwerte erreichen. Danach werden basierend auf diesen Kriterien zwei Auswahlalgorithmen entwickelt. Der erste Algorithmus wählt opportunistisch D2D-Benutzer aus, die bei bestimmten Auswahlinstanzen die geringste Störung für andere das Spektrum gemeinsam nutzende Benutzer verursachen. Der zweite Algorithmus wählt zufällig alle D2D-Benutzer aus, die räumliche von anderen Benutzern getrennt sind, jedoch das Spektrum gemeinsam nutzen. Beide Algorithmen werden mit sehr positiven Ergebnissen durch Simulationen in einem Szenario einer einzelnen Zelle mit einer unterschiedlichen Anzahl von Benutzern vorgestellt. In einem Szenario mit mehreren Zellen, in welchem die Interferenz zwischen den Zellen die Leistungsfähigkeit beeinträchtigt, werden Verbesserungen an beiden Algorithmen vorgestellt, um die festgelegten Ziele zu erreichen. Diese Verbesserungen passen die Auswahlkriterien an, um: 1) keine D2D-Benutzer mit Zellenkante auszuwählen und 2) die Auswirkungen der gemeinsamen Nutzung des Frequenzspektrums zwischen benachbarten Zellen zu berücksichtigen. Die Arbeit zeigt deutlich, dass mithilfe eines geeigneten Auswahlkriteriums mehrere D2D Nutzer in der Lage sind, die gemeinsame Frequenzressource mit zellularen Nutzern zu teilen mit Erhöhung der gesamten spektralen Effizienz und Beibehaltung der QoS Anforderungen aller Nutzer. Die hierbei erbrachten Erkenntnisse können zusammen mit den vorhandenen Ergebnissen als Ausgangspunkt für weitere akademische Forschung sowie einer praktischen Anwendung dienen.



https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2020000437
Heinemann, David;
3D based analysis for PCB jet printing using ultra-close range photogrammetry. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2020. - 1 Online-Ressource (145 Blätter, Blatt a-p)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2020

Das PCB Jet Printing ist eine innovative Methode um Lotpaste ohne die Verwendung von Schablonen auf Leiterplatten (PCB - printed circtuit board) zu applizieren. In Fertigungslinien enthaltene Inspektionssysteme sind in der Lage zu entscheiden, ob eine Leiterplatte korrekt bedruckt wurde und somit weiterverwendbar ist. Eine Korrektur fehlerhafter Platten ist in diesem Schritt mit vertretbaren Kosten und Aufwand jedoch nicht mehr möglich. Das Ziel dieser Arbeit ist daher die Entwicklung eines integrierbaren und online-fähigen Inspektionssystems um den Druckprozess zu überwachen. Dazu soll das Volumen der Lotpunkte ermittelt werden um dieses bei Bedarf zu korrigieren, bevor die Leiterplatte den Drucker verlässt. Somit können Unsicherheiten reduziert und die Effizienz des Systems erhöht werden. Für die Umsetzung wird eine photogrammertrische Rekonstruktion etabliert. Dies beinhaltet das Design und die Realisierung eines Demonstratorsystems. Es wurde ein neuartiger Ansatz für die Kamerakalibrierung im neu eingeführten Bereich der ultra-close range normal case photogrammetry vorgeschlagen und über den 2D Reprojektionsfehler sowie den 3D Rekonstruktionsfehler evaluiert. Um effizient Bildmerkmale zu extrahieren wurden bekannte Merkmalsextraktoren und -deskriptoren untersucht und beispielsweise in Bezug auf eine Skalenraumprozessierung angepasst. Für die Evaluierung wurde ein neuer Parameter eingeführt (Solder Joint Feature Coverage - SolFeC), welcher die Abdeckung der Lotpunkte mit Bildmerkmalen beschreibt. Das kalibrierte Kameramodell wurde neben der Rekonstruktion zur modellbasierten Punktkorrespondenzkorrektur verwendet, da dieser Schritt im Nahbereich aufgrund des identischen Erscheinungsbildes verschiedener Lotpunkte eine hohe Herausforderung darstellt. Die Ergebnisse des feature matchings wurde über die Parameter precision und recall sowie über das Rekonstruktionsergebnis bewertet. Mittels angepasster Kameramodelle wurden die Punktkorrespondenzen zur 3D Rekonstruktion einer Punktwolke verwendet. Diese wird in ein Clustering überführt. Anschließend wird jede Lotpunktwolke über eine konkave Hülle vermascht und gefiltert. Die Abweichung der berechneten Volumina innerhalb der Lotpunkte mit einem Volumen von mehr als 30 nl beträgt weniger als 12%, was mit der Schwankung des Lotpastendrucks korrespondiert. Die allgemeine Abweichung beträgt 14%.



https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2020000175
Weise, Christoph; Tavares, Rafael; Wulff, Kai; Ruderman, Michael; Reger, Johann
A fractional-order control approach to ramp tracking with memory-efficient implementation. - In: 2020 IEEE 16th International Workshop on Advanced Motion Control (AMC), (2020), S. 15-22

https://doi.org/10.1109/AMC44022.2020.9244309