An der Freien Universität Berlin werden im Rahmen des Projekts FUmanoids fußballspielende Roboter entwickelt. Um ihre Leistungsfähigkeit zu evaluieren, treten sie jedes Jahr im RoboCup gegen andere Mannschaften an. Dabei sind eine Vielzahl von Problemen zu lösen, für die es wünschenswert ist, sie auf verschiedenen Plattformen zu testen. Aus diesem Grund wurde entschieden, die vorhandene Software auf den NAO-Roboter zu portieren, welcher in der Standard Platform League des RoboCups verwendet wird. Dieses Vorhaben wird im Zuge dieser Arbeit realisiert. Dabei war es notwendig die Software der FUmanoids so anzupassen, dass sie eine generische Umgebung für verschiedene Roboterplattformen bildet.  Insbesondere wurden passende Schnittstellen für Aktuatorik und Sensorik definiert und implementiert. Weiter wurden beispielhaft einige Anwendungsfälle für den NAO-Roboter implementiert.

Das Einsatzgebiet von Robotern wird stetig größer. Es existieren bereits sehr spezialisierte Roboter in der Industrie, welche unter kontrollierten Bedingungen arbeiten. Die Entwicklung bringt einfache Roboter auch in den Alltag des Haushaltes. So gibt es Roboter, die im Haus staubsaugen oder im Garten den Rasen mähen. Damit Roboter unterschiedliche und komplexere Aufgaben  erledigen können, wird an humanoiden Robotern geforscht.

Das Abschätzen der eigenen Orientierung ist für humanoide Roboter von wichtiger Bedeutung. Es sit eine wesentliche Grundlage, um einen stabilen Gang, eine räumliche Zuordnung von Objekten oder auf unerwartete Impulse von Außen zu reagieren. In dieser Arbeit wird ein erweiterter Kalman-Filter, der aus Daten des Gyroskops und Beschleunigungssensors die Orientierung bestimmen soll, implementiert. Das Ziel ist es, die Vorteile von Gyroskop und Beschleunigungsensor zu vereinen, um in Echtzeit präzise Daten zu erhalten.

Um das gewünschte Ergebnis mittels erweiterten Kalman-Filters zu erhalten, ist ein vorsichtiges Wählen von Parametern notwendig. In dieser Arbeit werden verschiedene Parametersätze und ihre Auswirkungen auf die Vereinigung der Vorteile von Gyroskop und Beschleunigungssensor evaluiert.

To assist in creating paper-based 2D animations, an Android application was developed allowing the user to photograph a sequence of drawings with a mobile device and show the resulting video on the screen. This is known as the pencil test in the classical animation process.

The application enables artists to review the animation they are working on with fewer restrictions than in the traditional process. Particularly, the sheet of paper can be photographed by hand instead of being fixes flat under the camera or scanned. Further, it is possible to draw several frames per page, their order determined by numbers written next to them.

The prototype application described in this thesis accepts one sheet of paper with 12 frames to produce a grayscale output.Using the OpenCV library functions, the image is searched for quadrilateral contour of the paper to correct the perspective. Probabilistic Hough line transorm is employed to find individual frames. In case of interfering background, it is also applied to find the paper corners. The handwritten digits are recognized by an artificial neural network, which is trained by the MNIST dataset.

Test sequences in various environments have been created with the prototype, demonstrating a way of drawing in a natural way and without specialized workplace or equipment. This application might serve as a foundation for transferring other traditional animation tools to mobile hardware.

Multicopter sind unbemannte Fluggeräte, die sich gut für den Einsatz als mobile Kamera eignen, um so Foto- und Videoaufnahmen aus der Luft tätigen zu können. Eine Anforderung stellt hierbei dar, dass das Fluggerät stabil und möglichst unbeeinflusst von Wind in der Luft schweben kann. Im Rahmen der Abschlussarbeit wurde mithilfe von Microsoft Robotics Developer Studio 4 eine 3D-Simulationsumgebung für Multicopter geschaffen, welche eine einfache Anpassung verschiedener Parameter ermöglichen soll und Tools zur Aufzeichnung von Flugdaten zur Verfügung stellt. Der simulierte Multicopter verfügt über eine mit PID-Controllern umgesetzte Lageregelung. Weiterhin wurde eine Windsimulation implementiert, die möglichst realistisch die auf die Flugplattform wirkenden Winde abbilden soll. Mithilfe des Simulators wurden in der Arbeit verschiedene Ansätze zur Verbesserung von Stabilität und Flugverhaltens untersucht.

Infolge von Änderungen an der Hardware der FUmanoid-Roboter und den daraus resultierenden Softwaremodifikationen musste ein neues Verhalten entwickelt werden. Im Gegensatz  zum vorherigen Verhalten wird nur auf modellierte und nicht auf direkt wahrgenommene Informationen zurückgegriffen. Zum Testen des Verhaltens und der zugrunde liegenden Software wurden automatiserte Systemtests implementiert. Die Systemtests finden in einem Simulator statt. Dabei wurden sie so entworfen, dass sie möglichst unabhängig von einen festgelegten Simulator ausgeführt werden können. In dieser Arbeit wurde der Simulator SimStar verwendet. Die zentrale Komponente der Systemtests ist das Schiedsrichterprogramm. Es kontrolliert die Simulationsumgebung und setzt die Spielregeln um. Die Systemtests werden automatisch nachts ausgeführt. Über eine Webseite können die Testergebnisse anschließend abgerufen werden. Dort können auch eigene Spielpaarungen für ein simuliertes Testspiel registriert werden, welches dann ebenfalls in der darauf folgenden Nacht gespielt wird. Darüber hinaus kann ein Testspiel auch manuell auf einem lokalen Rechner unter  Verwendung des Schiedsrichterprogramms durchgeführt werden. Die Tendenz der Testergebnisse kann als Hinweis auf die Qualität der Software verstanden werden. Die Testergebnisse sollten allerdings stets kritisch hinterfragt werden, da die momentane Simulation die Realität nur ungenau abbildet.

In der heutigen Zeit ist ein Trend zur alternativen Steuerung von Videospielen zu erkennen, der sich von Gamepad- oder Maus&-Tastatur-Steuerung in Richtung natürlicher Interaktion (engl. Natural User Interaction, kurz NUI) bewegt. Eine mögliche Form ist der Einsatz von Gesten mit dem gesamten Körper, der allerdings durch konditionelle Fähigkeiten, technische Erfassung der Gesten und dem Willen des Spielers gut durchdacht sein sollte. Diese Arbeit befasst sich mit der Analyse von Geten-Sets auf Ausgeglichenheit, sowie deren Einsatz in Spielen.

Expressive ontologies provide a useful tool for the precise and short description of knowledge at increased costs for computation. Due to the expressiveness it is also easier to introduce contradictions and inconsistencies into the ontology and thus disallow to apply it in practical problems. In this work an extendable framework for the detection of inconsistencies is described and implemented on the basis of a graph  representation of the ontology. The framework is used concretely for checking the partial consistency of the Suggested Upper Merged Ontology. In the end different kinds of errors are categorized and analyzed.

Die Idee zu dieser Arbeit entstand durch mein Interesse an der Entwicklung von Spielen. Ende 2011 entwarf ich in meiner Freizeit das Spiel "Win the Final". Es handelt sich dabei um ein Kartenstichspiel mit Fußballthematik für zwei Spieler. Ich ließ das Kartenspiel drucken und bald erfreute es sich in meinem Freundeskreis großer Beliebtheit. Im Jahr 2012 entschloss ich mich, das Spiel auch als Computerspiel umzusetzen, um es auf diese Weise mehr Spielern zugänglich zu machen. Nach einer dreimonatigen Entwicklungsphase konnten die Spieler online gegeneinander antreten. In Abbildung 1.1 ist ein Ausschnitt aus einem Fußballduell zu sehen. Als das Spiel veröffentlicht war, zeigte sich aber, dass nicht immer für jeden Spieler ein menschlicher Gegner zur Verfügung stand. Die Lösung des Problems wäre eine künstliche Intelligenz, kurz KI, die Spielzüge ausführt wie ein menschlicher Gegner. Auf diese Weise lassen sich außerdem verschiedene Taktiken gegeneinander testen um festzustellen, ob es eine oder mehrere Gewinnstrategien gibt. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit beschreibe ich die Umsetzung des Kartenspiels als Onlineversion und lege die Grundlagen für die Entwicklung einer künstlichen Intelligenz für das Spiel.

Für den Erfolg autonomer Fahrzeuge ist die Bestimmung der eigenen Position in einer virtuellen Umgebungskarte essentiell.  Da das häufig eingesetzte GPS-System nicht die benötigte Präzision und Verfügbarkeit garantiert, ist es nötig, die eigene Position anhand weiterer Merkmale zu bestimmen. Dafür soll ein Spurerkennungssystem dienen, das neben der eigenen Fahrspur auch die Markierungen der umliegenden Fahrspuren erkennt. Diese Arbeit untersucht, inwieweit die Messungen des Velodyne LIDAR HDL-64e für eine Erkennung von Spurmarkierungen ausreichend sind. Das entwickelte Spurerkennungssystem besteht aus der Erkennung von Hindernissen, der Extraktion der Straßenoberfläche, der Korrektur der Intensitätsinformationen, der Selektion der Messungen, die Spurmarkierungen enthalten, sowie der Anpassung eines Spurmodells an die gefundenen Markierungspunkte. Bei der Auswertung  des Systems wird deutlich, dass der Kontrast zwischen Fahrbahnmarkierungen und Asphalt in den LIDAR-Intensitäten deutlich geringer ausfällt als in Kamerabildern.  Dadurch ist das System nur auf gut gepflegten Straßenabschnitten in der Lage, die eigene Fahrspur und Nachbarspuren zuverlässig zu erkennen.

A novel approach to symbol detection in optical music recognition is presented. The binarized image of a scanned score is transformed into an intermediate representation by computing its contours and assigning additional visual features to them. The resulting contour points are accessed via a high dimensional spatial index that aids a heuristic search to detect a given symbol as described by a template image. An automatic and a manual method for generating ground truth data are presented, amongst other web-based tools to evaluate and supervise the recognition process.

Verhaltensbiologische Untersuchungen bei Tieren und Menschen liefern interessante Daten über Wechselbeziehungen zwischen dem Individuum (oder einer Gruppe von Individuen) und seiner Umwelt. Die auszuwertenden Datenmengen sind umfangreich und meist nur mit großem Engagement und Zeitaufwand zu bekommen, will man Aussagen über das Verhalten der Tiere in ihrer natürlichen Umgebung machen oder die Reaktion eines Ökosystems auf gezielt veränderte Umweltparameter auswerten. Oftmals kommen dafür Trackingsysteme zum Einsatz, die bild-, satelliten- oder radargestützt sind. Mit modernster Technologie können sich Biologen heute mit Fragestellungen beschäftigen, deren Antworten bislang im Verborgenen lagen. Zum Beispiel gelang es Forschern der Freien Universität Berlin, mit Hilfe eines harmonischen Radars, die Routennavigation von Bienen aufzuzeigen. Um das zu erreichen, wurde den Bienen ein Transponder auf den Thorax geklebt. Eine weitere Arbeit verfolgt das Aufspüren von gefiederten Fressfeinden in einer Fischaufzuchtsanlage mittels eines autonomen Wasserfahrzeugs. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem visuellen Tracking von Fischen als Bestandteil eines verhaltensbiologischen Experiments zur Untersuchung von Entscheidungsprozessen innerhalb von Fischschwärmen.