making sensors work...

JAHRESBERICHT 2011

Jahresbericht 2011Zahlen und Fakten

Juli 2012

ZESS - Zentrum für SensorsystemeUniversität Siegen

Paul-Bonatz-Str. 9-1157076 Siegen

Der hier vorliegende Bericht gibt einen Überblick über die Personal- und Haus-haltssituation sowie eine Auflistung der wichtigsten Aktivitäten, Publikationen

und Öffentlichkeitsarbeiten im Jahr 2011.

Sensorsysteme -Was ist beständiger, als der Wandel?

Vorstand

Kompetenzfelder

Beiräte

Mitarbeiter

Internationale Promotionsprogramme

Stipendien

Recent Research

Projekte

Zahlen und Fakten 2011

Publikationen und Aktivitäten

Abschlüsse

Messen und Veranstaltungen

Promotionen

Habilitationen

Pressespiegel

Partner und Kooperationen

Kontakt/Anfahrt

Impressum

InHAltSVErZEIcHnIS

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Sensorik ist zweifellos ein interdisziplinäres For-schungsfeld, es gibt kaum einen Begriff, unter dem sich unterschiedliche Individuen unterschiedlichere Vorstellungen von Inhalten, Anwendungen und Ziel-setzungen machen. Diese Vielfalt von Vorstellungen

wird noch übertroffen von der Vielfalt der involvierten Grundlagen und Methoden, beginnend mit dem phy-sikalisch nutzbaren Sensoreffekt, sich fortführend über die mathematisch signaltheoretischen Verarbeitungs-konzepte bis hin zur Anwendungsintegration, bei der Konzepte und Methoden der Informatik, Prozess- und Fertigungstechnik die regie übernehmen, abhängig vom jeweiligen Anwendungshintergrund …

So wandelbar wie die Anwendungen und Fragestel-lungen, so wandelbar die Methoden und Konzepte. In-terdisziplinarität impliziert Wandel – nicht um seiner selbst willen, sondern als teil einer wissenschaftlichen Evolution.

Evolutionäre Konzepte müssen sich nicht stetig neu erfinden – dies ist ein impliziter teil des Prozesses. Die Frage nach dem Ziel einer wissenschaftlichen Evolution ist ebenso müßig wie nach dem Ziel der biologischen Evolution. Wir alle sind teil eines solchen Prozesses, und kann ein teil das Ganze verstehen, ohne dazu das Ganze verlassen zu müssen?

Was sind dann die qualitativen Invarianten des Wan-dels, was ist das Bewahrenswerte im Wandel? Es klingt trivial, ist es aber nicht: Es ist der Erkenntnisgewinn in Form gemeinsam gelöster Probleme, in Form einer kon-

tinuierlich wachsenden gemeinsamen theoretischen Basis, eines kontinuierlich wachsenden gemeinsamen Methodengerüsts. Ein grundlegendes Element dieser Kontinuität ist der wissenschaftliche nachwuchs. Ein wesentlicher Gradmesser für die Qualität sind hier Preise, Anerkennungen und Auszeichnungen: Alleine im zurückliegenden Jahr 2011 erhielten Mitglie-der der im ZESS beheimateten Promotionsprogramme drei Best Paper Awards und verschiedene weitere Aus-zeichnungen für Veröffentlichungen. Während unser Doktorand, Herr Junchuan Zhou stellvertretend für die gesamte navigationsgruppe seinen Preis „Best Student Paper Award“ auf dem Gebiet navigation and Positio-ning bereits im September 2011 auf der IOn Konferenz in Portland entgegennehmen durfte, erhielt im Okto-ber Frau cheng Yang ihr Best Student Paper Award auf der nDt Konferenz in Kanada für ihre Veröffentlichung „A novel Piezoelectric Paint Sensor for non Destructi-ve testing”. Ebenfalls im Oktober erhielt Herr Emma-nuel Odei-lartey auf der IcSnc 201 in Barcelona einen Best Paper Award für seine Veröffentlichung „Wireless Ad hoc and Sensor network Underground with Sensor Data in real-time“.

Auch Kooperationen mit namhaften Forschungsein-richtungen, wie dem Fraunhofer-Institut für Hoch-frequenzphysik und radartechnik FHr, und auch hier wieder die Auszeichnungen für gemeinsame wissen-schaftliche Veröffentlichungen sind eine qualitative Invariante des wissenschaftlichen Wandels: Eine ge-meinsame Veröffentlichung „Bistatic SAr Experiments

with PAMIr and terraSAr-X – Setup, Processing and Image results“ wurde mit dem ItG-Preis 2011 ausge-zeichnet. Diese Kooperation erfährt eine weitere hoch-geschätzte Anerkennung durch die in 2011 erfolgreich abgeschlossene gemeinsam mit der Fraunhofer-Gesell-schaft durchgeführte Berufung der Professur für Hoch-frequenzsensorik und radartechnik, die mit Herrn Prof. Dr. Joachim H. G. Ender besetzt wurde. Wichtiger als die reine Anerkennung ist hier jedoch die enorme Stei-gerung des wissenschaftlichen Inhalts und des „vor Ort“ manifestierten Potentials.

Evolution und Wandel vollzieht sich leider auch im per-sönlichen Bereich: Das ZESS beklagt den schmerzli-chen und viel zu frühen tod unseres geschätzten wis-senschaftlichen Beiratskollegen Herrn Prof. Dr. til Aach (lehrstuhl für Bildverarbeitung, rWtH Aachen). Anders als im sachlichen Bereich fällt es hier ungleich schwerer, die „Qualität“ eines solchen Wandels nur an-nähernd zu begreifen, aber auch hier sind wir alle nur ein teil des Ganzen, wir können uns nicht dazu auf-schwingen, das Ganze zu verstehen.

In unserem Bericht werfen wir Schlaglichter auf Zahlen und Fakten, die uns wichtig erscheinen, wir berichten über Vorhaben, die uns neu und interessant vorkom-men, wir geben Ihnen Indikatoren für die Kontinuität und Visionen unseres tuns und hoffen auf Ihr geschätz-tes Interesse.

Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Otmar loffeld

Was ist beständiger als der Wandel?

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SEnIOr MEMBErS Wissenschaftlicher BeiratIndustrieller Beirat

GEScHäFtStEllE

Weitere Kooperationspartner

Vorstand

KOMPEtEnZFElDEr

PARTNERFraunhofer FHr

Fraunhofer FKIEInAS

EttI

Sensorentwicklung · Sensorinformationsverarbeitung · Systemintegration

Das Zentrum für Sensorsysteme wurde 1989 im rahmen der Zukunftsinitiative Montanregionen (ZIM) der landesregierung als größtes ZIM-Einzelprojekt der region Siegen in Form einer zentralen wissenschaftli-chen Einrichtung der Universität Siegen mit folgenden Zielen gegründet:

• Stärkung der interdisziplinären Zusammenarbeit von Professoren, Wissenschaftlern und Forschern der Fachbereiche Elektrotechnik, Maschinenbau, Physik und chemie,

• Verbindung von Wissen, fachlicher Kompetenz und individuellen Fähigkeiten über Fachbereichsgrenzen hinweg,

• Schaffung einer „neuen“ interdiszipliären Forschungskultur,

• Wissenschaftlich/technologische Schwerpunkte/Innovationsziele:

t Forschung auf dem Gebiet der Sensorik, Sensorsignalverarbeitung und Sensorsysteme in komplexen Anwendungs- und Fertigungsprozessen,

t Innovation und Verbesserung von technischen Entwicklungen und Produkten auf diesen Gebieten,

t Beratung, Durchführung gemeinsamer Forschungs- und Entwicklungsvorhaben mit kleinen und mittelständischen Unternehmen (KMUs) der region,

t Qualifizierung des wissenschaftlichen nachwuchses,

t Einführung neuer technologien zur Sicherung und Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit der Industrie.

Zwei Beiräte, ein industrieller Beirat sowie ein wissen-schaftlicher Beirat, begleiten das ZESS seit 1993 und beraten und unterstützen den Vorstand hinsichtlich der strategischen und wissenschaftlichen Ausrichtung der Arbeit. Als Element der Verstetigung und zur Sicherung der angesammelten Expertise dient das Gremium der „ZESS Senior Members“, in dem emeritierte oder pen-sionierte ZESS Vorstandsmitglieder nicht nur beratend tätig sind, sondern ihre wissenschaftliche Arbeit fort-setzen können.

VOrStAnD

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KOMPEtEnZFElDEr

Anwendung von Sensoren in der Fertigungstechnik

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Weyrich, Michael

stellv. Vorsitzender ZESS (ab 2012)

neuronale netze und Fuzzy-Systeme

Univ.-Prof. Dr.-Ing. nelles, Oliver

Höchstfrequenztechnik und Quantenelektronik

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Haring Bolívar, Peter

Datenfilterung & Fehler-erkennung, Optimale

Sensorplatzierung, Virtuelle Kraftsensoren

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Fritzen, claus-Peter

Optimale Signal- und Messwertverarbeitung,

Sensordatenfusion, remote Sensing – SAr

Univ.-Prof. Dr.-Ing. loffeld, Otmar

Vorsitzender ZESS

MOSES & IPP Multisensorics Executive Director

Dr. Ing. nies, Holger

Mechatronik und Medizintechnik

Univ.-Prof. Dr.-Ing. roth, Hubert

stellv. Vorsitzender ZESS (bis 2011)

Dr.-Ing. Wahrburg, Jürgen Akad. Direktor

Medizintechnik

computergraphik und Echtzeit-Visualisierung

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Kolb, Andreas

GrK 1564 coordinator

Dr. rer. nat. Köhler, christian

Embedded System Engineering

Embedded System Engineering

Dr.-Ing. Hartmann, Klaus

Geschäftsführer ZESS

Dr. rer. nat. Weihs, Wolfgang

stellv. Geschäftsführer ZESS

VorstandKOMPEtEnZFElDErOrdentliche Mitglieder

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Senior Members

Prof. Dr.-Ing. SchwarteProf. Dr.-Ing. KöhneProf. Dr.-Ing. Scharf Prof. Dr.-Ing. Walenta

Anwendung von Sensoren in der Fertigungstechnik

Zerstörungsfreie Material-und Fertigungsprüfung

Sensorsignalverarbeitung und 3D-Objekterkennung

Sensorsysteme für Umwelt- und

VerfahrenstechnikMedieninformatik

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Ender, Joachim

Univ.-Prof. Dr. Blanz, Volker

Assoziierte Mitglieder

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Griese, Elmar

Echtzeit lernsysteme

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Kuhnert, Klaus-Dieter

radarsensoren und radarsignalverarbeitung

Photonik, Optische Aufbau- & Verbindungstechnik

VorstandKOMPEtEnZFElDEr

Assoziierte MitgliederSEnIOr MEMBErSVorstand

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Univ.-Prof. Dr.-Ing. Ender, Joachim Fraunhofer FHr

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Osten, Wolfgang Universität Stuttgart

Univ.-Prof. Dr.-Ing. til Aach rWtH Aachen, (†16.01.2012)

Univ.-Prof. Dr. Klaus Schilling Universität Würzburg

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Wörn, Heinz Universität Karlsruhe

BEIrätE

Dr. Buxbaum, Bernd Fa. PMDtec, Siegen

Droege, Hermann IHK, Siegen

Ermert, Frank Uni Siegen

Dr. Grün, reinar Fa. Plateg, Siegen

Herbst, Joachim Fa. Demig GmbH, Siegen

Dr. Hidde, Axel Hidde electronics GmbH, Herne

Kämpfer, reinhard Kreisverwaltung Siegen

neukant, reiner Fa. Achenbach-Buschhütten, Kreuztal

Dr. Platz, Johannes Fa. cloos, Haiger

Dr. Schäfer, Peter Kanzler, Uni Siegen

Schreiber, Jens-Uwe Siemens AG, Siegen

Zöller, K.-Wilh. Fa. Secatec, Katzwinkel

Wissenschaftlicher Beirat

Industrieller Beirat

Wissenschaftlicher BeiratIndustrieller Beirat

Vorstand

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Mitarbeiter Technik und Verwaltung

rolf Wurmbach techniker

Dipl.-Ing. Burkhard Goerke laboringenieur

Silvia niet-Wunram MOSES/IPP

Secretary and Facilitator

B. A. Katharina Haut teamassistentin/

Gestaltungstechnische Assistentin

Katrin tuschhoff Ingenieurtechnische

Assistentin

Dipl.-Ing. Wolf twelsiek laboringenieur

Vertreter der Mitarbeiter des administrativ-

technischem Bereichs im Vorstands

Sekretariat ZESSlabor- und Werkstattpersonal

Susanne Hoffmann teamassistentin

labor- und WerkstattpersonalSekretariat

IPP und MOSES

Mitarbeiter Technik und Verwaltung

Felix Köster Michael Eißele

Auszubildende Fachinformatiker

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IPP / MOSES Doktoranden

M. Sc. Battistello, Giulia

Dipl.-Ing. Behner, Florian

M. Sc. chaaban, rannam

M. Sc. chai, Wennan

M. Sc. chanbai, Sirichanok

M. Sc. chen, cheng

M. Sc. Dai, Zhen

M. Sc. Ding, Jinshan

Dipl.-Math. Daun, Martina

M. Sc. Edwan, Ezzaldeen

Dipl.-Ing. Engel, Ulrich

M. Sc. Gracheva, Valeria

Dipl.-Ing. Hägelen, Manfred

M. Sc. Han, Juanjuan

M. Sc. Hsino, Aiman

Wissenschaftliche Mitarbeiterinnen & Mitarbeiter

Dr. rer. nat. Bornemann, rainer

Dipl.-Ing. Espeter, thomas

Dipl.-Ing. Kampmann, Geritt

Dipl.-Ing. laurowski, Martin

Dr.-Ing. nies, Holger

Dipl.-Ing. Peters, Valerij

Dipl.-Ing. Sahm, Stephanie

Dipl.-Ing. Scarpin, Dominik

Dipl.-Ing. Scharf, Matthias

Dipl.-Ing. Schlimbach, Marc

Dipl. Ing. Kerstein, thomas

M. Sc. Kohlleppel, robert

Dipl.-Ing. lang, Stefan

Dipl.-Phys. löpprich, Omar Edmond

Dipl.-Ing. Maksymiuk, Oliver

Ing. de telecom. Medrano Ortiz, Amaya

Dipl.-Phys. Mertens, Michael

M. Sc. netramai, chayakom

M. Sc. nguyen, Van,Duong

M. Sc. niu, Yan

Dipl.-Ing. nötel, Dennis

M. Sc. Odei-lartey, Emmanuel

Dipl.-Ing. Oispuu, Marc

Ing. de telecom. Pamies, Mariano

M.Sc. Popescu, Anca

Dipl.-Ing. reuter, Simon

MItArBEItEr

M. Sc. Samarah, Ashraf

M. Sc. Shah, Hamza Hassan

M.Sc. Singh,Jagmal

Dipl.-Ing. thamke, Stefan

M.Sc. torres Arredondo, Miguel Angel

M. Sc. Ul-Ann, Qurat

M.Sc. Vaduva, corina

M. Eng. Weng, Yu

M. Sc. Yang, cheng

M. Sc. Yang, Yuhong

M. Sc. Yao, Wei

M. Sc. Zhang, cathy

M. Sc. Zhou, Junchuan

M. Sc. Zubair, Mussab

M.Sc. Zukic, Dzenan

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• 3-jähriges, strukturiertes Programm,

• Start Wintersemester 2009/2010,

• 1-jähriger Forschungs-aufenthalt in einem deutschen od. internationalen Partnerinstitut, z.B. Fraunhofer FHr, Dlr, EttI Bucharest, InAS Graz...

• Satellitenfernerkundung,

• remote Sensing, SAr,

• Umwelterkundung,

• 2D/3D Insitu Erkundung, PMD, teraHertz,

• navigation und Positionsbestimmung,

• Sensordatenfusion und Visualisierung,

• exzellente Karriereaussichten.

• Interdiziplinäres Programm (Mathematik, Physik, chemie, Elektrotechnik, Informatik, Maschinenbau und Wirtschaftswissenschaften).

• Forschungs- und Bildungs-chancen in allen Bereichen der Sensorik, Multi-Sensorsysteme, Sensor-Datenverarbeitung, Multi-Sensor Datenfusion, Simulation und Optimierung von komplexen Sensorsystemen in Anwendungen in vielen wissenschaftlichen und technischen Bereichen.

• Interdisziplinäres Promotionsprogramm im Anwendungsgebiet der zivilen Sicherheit mit den Bereichen Personenerkennung/Biometrie, Materialanalyse und die Szenenüberwachung.

• Sensorentwicklung, Sensordatenverarbeitung, Sensordatenanalyse.

• Forschung und nutzung neuartiger Sensorelementen (Photonic Mixing Device (PMD) technologie, tHz-Sensorik, spektral hoch auflösende Sensoren für sichtbares licht).

IntErnAtIOnAlE PrOMOtIOnSPrOGrAMME

International Postgraduate Programme MOSESNRW Research School on Multi Modal Sensor Systems for Environmental Exploration and Safety

Our planet Earth is a system with multiple feed-backs. Environment and development challenges are thouroughly mixed with each other and social and eco-nomic sectors with environmental issues in various ways. Against this background, monitoring and safegu-arding the state of our planet is one of the key chal-lenges of our century. the nrW research School on Multi Modal Sensor Systems for Environmental Explo-ration and Safety (MOSES) addresses the ever more si-gnificant problem of scientifically and technologically exploring and monitoring unknown or changing envi-ronments to provide scientists with deeper insights into and a better understanding of the “System Earth” and to provide politicians and decision-makers with sophis-ticated information.

By definition and by virtue of the research area, MOSES constitutes an interdisciplinary, cross-department structure for Early Stage researchers (doctoral stu-dents) with a background in engineering, computer sci-ence, mathematics, physics or chemistry.

MOSES offers research opportunities in all aspects of sensors, multi modal sensor systems, data processing, mining and fusion, simulation and optimization with applications in practically any scientific and technical field.

High level interdisciplinary research not only requires individual high potential research abilities, motivation, excellent scientific support and supervision, it also re-quires embedding in international scientific communi-ties, collaboration and complementary skills, facilita-ting scientific exchange. MOSES also provides all kinds of support and training in this respect.

Furthermore, MOSES provides networking facilities in the form of participation in largescale national and in-ternational research projects: seeking an optimal com-bination of doctoral training, scientific research and meeting the needs of industry, MOSES is a joint initi-ative of:

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• ZESS (center for Sensor Systems, University of Siegen),

• Fraunhofer research Institute for High Frequency Physics and radar techniques (FHr),

• Fraunhofer research Institute for communication, Information Processing & Ergonomics (FKIE).

this network is augmented by a large consortium of in-dustrial companies from all over Europe which coope-rate with the research School. Being active at the heart of developments which address one of the key challenges of the century while at the same time being involved with very advanced and extremely sophisticated sensing and information mining infrastructure not only gives highest moral sa-tisfaction, it clearly also ensures excellent career per-spectives for the participants in the programme.

the Ministry of Innovation, Science, research and tech-nology of the State of north rhine-Westphalia fully supports this concept. MOSES is one of 17 new state-

funded research Schools that are being established in north rhine-Westphalia. MOSES features a number of structured curricular doc-toral training and research programmes, individually different with respect to research focus, selection cri-teria and funding mechanisms:

1.) research School on Multi Modal Sensor Systems (www.moses-research.de),

2.) International Postgraduate Programme (IPP) Multi Sensorics (www.zess.uni-siegen.de/ipp_home/ipp/multi-senso-rics/),

3.) Furthermore, MOSES features strong relations, in-terconnections and collaborations, such as joint trai-ning courses, seminars, etc., with the structurally in-dependent „DFG research training Group (DFG GrK 1564) Imaging new Modalities“ (www.grk1564.uni-siegen.de/).

Further information can be downloaded in stream format at: www.zess.uni-siegen.de/ipp_home/moses/the MOSES flyer can be downloaded at: www.zess.uni-siegen.de/cms/upload/pdf/moses_flyer.pdf

the focal idea of the research training Group is to seize recent developments in imaging for different modali-ties in order to facilitate innovative approaches to the field of civil security applications.

the focused civil security scenarios include person de-tection and biometry, material detection and analy-sis, as well as scene observation. the targeted enhan-cements of civil security systems addresses further functionalities and increased robustness which can be achieved due to the particular orthogonality and red-undancy of the information delivered by the individual sensor modalities.

Sensor data processing is the focal point for the re-search training Group, bringing together the poten-tials of the new sensor technologies and the specific needs of the targeted civil security application. Within this scope, different data processing and information extraction concepts will be comprehensively investiga-ted. the research training Group addresses new sensor concepts, especially distance range sensors based on Photonic Mixing Device (PMD) technology, enhanced tHz-sensors and multi-spectral VIS-sensors (colorime-tric arrays).

International Postgraduate Programme GRK 1564

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Seit 2009 beteiligt sich das ZESS am Studienförder-fond Siegen e.V. der Universität. Sein Hauptziel besteht nicht nur darin, geeignete Studierende bzw. Studienin-teressierte zu unterstützen sondern auch Stipendiaten und Förderer eng zu vernetzen.

Das ZESS verlängerte seine Unterstützung für vier qua-lifizierte Studierende der technisch naturwissenschaft-lichen Masterstudiengänge in Höhe von 300 €/Monat, wobei die Hälfte dieses Betrages durch das MIWF refi-nanziert wird:

• Büthe, Inka• Meckel, Simon Julius• Büdenbender, Michael• Heinz, Achim Alexander

Förderung im Rahmen der Stipendien des Studienförderfonds

Positiv zu vermerken ist, dass aus dem Kreis der Stipen-diaten Frau Büthe nach ihrem Abschluss eine wissen-schaftliche MItarbeiterstelle in der Arbeitsgruppe von Herrn Prof. Fritzen angenommen hat.

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rEcEnt rESEArcH

ForschungsprojekteRecent Research Projects

Die Einbindung in konkrete Projekte bestimmt den Hauptteil der wissenschaftlichen Arbeiten im ZESS. Auf den folgenden Seiten präsentieren wir deshalb einige ausgesuchte Projekte aus der Menge der aktuellen For-schungsvorhaben. Wie allgemein in unseren internati-onalen Promotionsstudiengängen üblich, sind die Be-richte in englischer Sprache verfasst.

The main part of our scientific work is projectoriented.

On the following pages we present a selection of cur-

rent research projects. Most of them are processed by re-

search associates or participants of one of our internati-

onal postgraduate programs. The list involves topics like

environmental monitoring, optical inspection systems or

navigation solutions.

Neue Projekte/ New Projects 2012:

• robot-based surgical assistance system for spine applications

• StIFFness controllable Flexible and learn-able Manipulator for surgical Operations - STIFF-FLOP

• Sensing the Earth‘s Third Dimension - Interferometric Processing of tanDEM-X Data: Multi-Baseline Phase Unwrapping

• Sensor-guided robotic for the tactile Sensitive assembly

• Smart Intelligent Aircraft Structures - SARISTU

• cooperation concepts for Autonomous Ground and Aircraft Vehicles for Exploration and Surveillance

• Micro Optical components: Efficient Manufacturing by Ion Exchange Processes

• the I-tube Project

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recent research

In minimally invasive surgery (MIS), tools go through narrow openings and manipulate soft organs that can move, deform, or change stiffness. there are limita-tions on modern laparoscopic and robot-assisted sur-gical systems due to restricted access through trocar ports, lack of haptic feedback, and difficulties with rigid robot tools operating inside a confined space filled with healthy organs. Also, many control algorithms suffer from stability problems in the presence of unexpected conditions.

Departing from the traditional robotic manipulati-on concepts that rely on fixed stiffness distributions, the StIFF-FlOP project takes inspiration from biolo-gical “manipulation and actuation” principles as they are, for example, found in the octopus who can turn its links from a completely soft state into a state of pre-cise and, if needed, powerful articulation – an approach that combines advantages associated with both soft and hard systems by selectively controlling the stiff-ness of various parts of the body depending on the task requirements. there are many advantages: the ability

to squeeze through narrow gaps and openings, inher-ent compliance leading to increased safety especially when in contact with humans, hyper-redundancy for improved reachability in an obstacle-cluttered envi-ronment and increased adaptability to and stability in a possibly unpredictable environment. In order to realise the envisaged soft manipulator, dis-tributed sensing mechanisms are of vital importance for the system to perceive the physical interactions between the robot and the environment to enable the robot to understand the environment it is operating in and to learn appropriate control strategies. the internal sensing modalities will be complemented by outside vision sensors to enhance the estimation of the pose of the manipulator. the human operator’s input commands will be sensed by means of an opera-tor console integrated with a 3D haptic feedback sack. All sensor signals will be used for learning – learning pose and interaction dynamics as well as relationship between operator input and the manipulator in its en-vironment.

King‘s college london (Kcl),University of london

Prof. Kaspar Althoefer

local coordinator / contact Person:

Universität SiegenProf. Dr.-Ing. Hubert roth Department Elektrotechnik und Informatiklehrstuhl für regelungs- und Steuerungstechnik (rSt)Hölderlinstr. 3D-57068 Siegen E-Mail: hubert.roth@uni-siegen.deWeb: http://www.uni-siegen.de/fb12/rst/

telefon: +49 0()271 740 4439Fax: +49 (0)271 740 4382

I Project Management and Execution

STIFFness controllable Flexible and Learn-able Manipulator for surgical OperationsSTIFF-FLOP

Fig. 1Copyright 2007 iStock International Inc.

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Germany’s radar satellite project tanDEM-X is sup-posed to provide Interferometric Synthetic Aperture radar (InSAr) data of the Earth‘s surface with unique precision and global coverage (Fig. 1). Generated by co-herently combining two simultaneously acquired SAr images, the interferogram contains information about the third dimension of the imaged scene in its com-plex values. the height information, however, cannot be gained directly, due to the following problem: the interferometric phase can only be measured within a range of 360 degrees, and thus is ambiguous (Fig. 2, 3). An additional phase unwrapping step is required to obtain the unambiguous values. this procedure is con-sidered as the most challenging link in the interferome-tric processing chain.

the research on Interferometric SAr and InSAr phase unwrapping started at ZESS in the mid nineties with contributions to the Shuttle radar topography Mis-sion (SrtM) and the development of phase unwrap-ping algorithms using Kalman filtering techniques. the Kalman filter interprets the real and imaginary parts of the interferogram‘s pixel values as non-linear ob-servations of the true, unambiguous phase (and ter-rain height) and fuses this information with informati-on about the phase slope gained by frequency domain techniques.

this interpretation can be extended to multiple base-line interferometric sets (as provided by the tanDEM-X mission); in that way each interferogram adds two further observations per pixel. As a result, not only the range of ambiguity will be extended, but also the phase error noise will be reduced—the contradicting features of large and small baseline interferograms will be combined in an optimal way: large baseline interfe-rograms (Fig. 2) are characterized by a high fringe den-sity and fine height sensitivity. they, however, show a reduced height of ambiguity, which makes phase un-wrapping more difficult or even impossible in regions of steep terrain slopes. to increase the ambiguity height, the baseline length has to be shortened—at the cost of height sensitivity (Fig. 3). By fusing the information of two or more interferograms with different baselines, the requirements on height sensitivity can be fulfilled with the phase unwrapping robustness being preser-ved.

to further improve the phase unwrapping performance, the Kalman filter approach is able to process additional information like water maps and digital height models (Fig. 4).

Management:Univ.-Prof. Dr.-Ing. Otmar loffeld

Execution:Dr.-Ing. Holger niesDipl.-Ing. thomas Espeter

contact:Dr.-Ing. Holger nies

Universität SiegenZentrum für SensorsystemePaul-Bonatz-Straße 9–11D-57068 Siegen

E-mail: nies@zess.uni-siegen.de

Phone: +49 (0)271 740-2759Fax: +49 (0)271 740-4018

I Project Management and Execution

Sensing the Earth‘s Third DimensionInterferometric Processing of tanDEM-X Data:Multi-Baseline Phase Unwrapping

Fig. 1. TanDEM-X configuration. The radar satellitesTerraSAR-X and TanDEM-X are flying in a close formation.In the standard bistatic mode, one satelliteilluminates the scene while both satellites receive theradar echoes. Image: DLR, CC-BY 3.0

Fig. 2, 3. Interferometric phase of a scene located inDeath Valley, U.S.A. The larger baseline of the leftinterferogram results in a higher fringe density with animproved height resolution at the cost of a smallerambiguity height compared with Fig. 3. Data: © DLR.

Fig. 4. Digital Elevation Model (DEM) of the imagedscene. The elevation data provided by the Shuttle RadarTopography Mission (SRTM) are used as referenceand potentially as additional information to be processedby the Kalman filter.

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recent research

the research of the Institute of Automated Manufac-turing Systems and Assembly headed by Prof. Weyrich focusses in Engineering of Automated Systems based on smart components. the three key areas of research are the composition of modular automated system, re-source efficiency of production system and sensor-gui-ded robotics which deals, among other topics, with the automated sensitive assembly of sensible parts. In this context, the collaborative research project “Batteries out of lithium-Ion-cells” has been launched. “Batteries out of li-Ion-cells” is a project about Elec-tomobility funded by the state of nrW, to develop a fully-automated system for the manufacturing of li-Ion-Batteries out of large li-Ion-cells. the technical challenges lie, besides cycle time and process reliabili-ty, in the handling of large flexible coffee-bag-cells and also in the combined connection technology of the fle-xible connectors.the fully-automated manufacturing system has to be variable, especially for the variant construction of the connectors and the battery-management-systems. the variability of system is enabled by a software ar-

chitecture which couples flexibly different sensor types (e.g. cameras, force sensors, etc.) as well as specific algorithms for data processing to the robot control. these multi-sensor-systems combined with innovative algorithms allow even to automatize sensitive manual operations. the focal points in the development and programming of the robot are:• An intelligent Interlinking of the components by

smart programming• A system for set up of individual robot solutions of

sensible components• the development of a software respectively It- ar-

chitecture for the flexible configuration of sensor-guided robots for specific applications

In “Batteries out of li-Ion-cells” the sensor system consisting of 2D/3D – cameras, distance sensor and torque sensor are integrated with the Kuka lightweight robot and lab View to fulfill the task. the future task is to optimize existing processes by the implementation of innovative technologies and to exploit new areas of application.

Management:

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Michael Weyrich

contact:

Universität SiegenProf. Dr.-Ing. Michael Weyrich

Dept. MaschinenbauInstitut für Fertigungsautomatisierung und MontagePaul-Bonatz-Straße 9-11D-57076 Siegen

E-Mail: michael.weyrich@uni-siegen.deweb: http://www.mb.uni-siegen.de/lfa

telefon: +49 (0) 271 740-2267Fax: +49 (0) 271 740-2542

I Project Management and Execution

Sensor-guided robotic for the tactile Sensitive assembly

Torque sensor

SENSOR TECHNOLOGY &

DATE ACQUISITIONDATA PROCESSING &

ROBOT PROGRAMMING

Image processing algorithms

Robot control Kuka

Interface

Special algorithms

2D/3D-Camera(BumbleBee)

Distance sensor, Rotary encoder,

etc.

ROBOT

Source: Univ. Siegen

Software-architecture for the flexible configuration of sensor-guided robots for specific applications

Sensitive handling of Li-Ion-Cells

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SArIStU (Smart Intelligent Aircraft Structures) is a large-scale integrated project which aims at achieving reductions in aircraft weight and operational costs, as well as an improvement in the flight profile specific ae-rodynamic performance. coordinated by Airbus, the SArIStU consortium brings together 64 partners from 16 European countries. the total budget of the project is 51 M€, partially funded by the European commission under FP7-AAt-2011-rtD-1 (Grant Agreement number 284562). the project started in September 2011 and is expected to be completed by August 2015.

SArIStU focuses on the cost reduction of air travel through a variety of individual applications as well as their combination. For the first time ever in smart ma-terial concepts, SArIStU offers the opportunity to vir-tually and physically assess the interaction of different technological solutions and their combined effects at aircraft level.Specifically, the joint integration of different conformal morphing concepts in a laminar wing is intended to im-prove aircraft performance through a drag reduction, with a positive effect on fuel consumption and required take-off fuel load as well as a decrease of the airframe generated noise.Another important objective is to limit the integration cost of Structural Health Monitoring (SHM) systems still ensuring lifelong applicability by moving the sys-tems integration as far forward in the manufacturing chain as possible. Finally, the incorporation of carbon

nanotubes into aeronautical resins is expected to enable weight savings of up to 3%.the University of Siegen is involved in the application scenario “Impact damage assessment using integrated ultrasonic sensors” within the second topic of “Integra-ted Sensing for SHM”. Systems developed for SHM will be optimized for rapid in-service damage assessment. they have progressed to a maturity which allows their inclusion in the next generation of aircraft. However, the time consuming application of these sensor sys-tems has to be further improved by integration at the component manufacturing level.In order to add self-sensing functionality to the fusela-ge, piezoelectric transducers will be permanently im-plemented onto the structure. By actuation and sen-sing of guided waves in pitch-catch mode, damage will be detected and assessed through wave-damage inter-action in the structure. Furthermore, the functionality of self-sensing structures will be assessed. the main focus is on their capabilities regarding: Damage Detec-tion, Sensor Integration, Quality Assurance, contacting and Data transfer based on the physical system integ-rated during manufacturing.It is the task of the team of the University of Siegen to simulate the wave propagation and the interaction with damage such as delamination to find suitable sensor configurations for the application scenario. Fur-thermore new methods for the self-diagnosis of ultra-sonic sensors will be developed to make sure that the deployed sensor system is working properly.

EADS Innovation Works,Structure Health Engineering - IW SP HGon behalf of Airbus Operations GmbH - ESWnG

Dipl.-Ing. Martin Bach

local coordinator / contact Person:

Universität SiegenProf. Dr.-Ing. claus-Peter Fritzen Institut für Mechanik und regelungstechniktechnische MechanikPaul-Bonatz-Str. 9-11D-57068 Siegen E-Mail: fritzen@imr.mb.uni-siegen.deWeb: www.uni-siegen.de/fb11/imr3/

telefon: +49 (0)271 740-4621Fax: +49 (0)271 740-2769

I Project Management and Execution

Smart Intelligent Aircraft Structures -SARISTU Text source, Fig 1 Airbus Operations GmbH - ESWNG

Fig. 2 ,3 University Siegen Simulation of ultrasound Lamb wave propagation in a complex geometry and exemplary sensor sig-nals before and after damage

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During the last ten years the research group “real time learning Systems” (EZlS) led by Prof. Kuhnert has been working very successfully in the field of autonomous robotics for unstructured outdoor scenarios. In the last three years the ground based robots with which the re-search started have been supplemented by aerial ve-hicles of different sizes.

the intention of this study was to research groups of heterogeneous, autonomous ground and aerial vehic-les equipped with sensors of different types. An impor-tant topic of the study was to investigate the distribut-ed retrieval, processing and fusion of information. this was done for a military sample application. In a convoy and reconnaissance scenario two unmanned aerial ve-hicles (UAVs) are providing high resolution images of points or areas of interest. During the mission the groupautonomously also coordinates its moves e.g. by fol-lowing an autonomous ground vehicle(AGV). During the whole flight the UAVs were transmitting live image-ry to a ground station and to the AGV.

the base for the UAVs was the MD4-1000 from the company “microdrones”. these systems were modified and equipped by EZlS to achieve the necessary auto-nomous and sensoric functions. An additional embed-ded computer was integrated which connects to the original flight control systems and the 15 mega pixel camera system. this computer is able to communicate with other UAVs and AGVs via WIFI.EZlS has provided a software package that allows au-tonomous coordinated flight operations, implements a collision avoidance technique and is also responsible for camera control and transmission of high resolution images and live videos.this study was done in cooperation with the University of Hannover (AGV) and Fraunhofer FKIE. the interfaces to the systems of these partners were implemented using the robot operating system rOS.A successful demonstration at the area of FKIE in March 2012 showed that the solutions developed in this study are fully functional.

Management:Univ.-Prof. Dr.-Ing. Klaus-Dieter Kuhnert

contact:Prof. Dr.-Ing. Klaus-Dieter Kuhnert

chair of real-time learningsystemsFak IV University of SiegenHölderlinstr. 3D-57076 Siegen

E-Mail: kuhnert@fb12.uni-siegen.de web: http://www.uni-siegen.de/fb12/ezls/

telefon: +49 (0)271 740-4779Fax: +49 (0)271 740-4421

I Project Management and Execution

Cooperation Concepts for Autonomous Ground and Aircraft Vehicles for Exploration and Surveillance

Fig. 1 Fully autonomous surveilance mission of two aerial robots and one ground robot.

Fig. 2 3D Simulation for path planning and execution of a group of 3 aerial robots exploring one spot.

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In the drilling industry, acquisition of real-time infor-mation on all relevant data during a drilling operation is a desired attribute. Hence various complex Measure-ment While Drilling (MWD) techniques of borehole te-lemetry were employed in the past to affect the actual drilling (drilling, completion, intervention and process control) and to provide the operator with a sight field to control his task in the desired manner. For this to be achieved, a flexible, robust, fast and reliable communi-cation structure needs to be put in place. the center for Sensor Systems has developed an inno-vative borehole telemetry system where the objective is to obtain the latest information in real-time on all relevant data during a drilling operation using an inno-vative ad hoc network structure and design. this is mo-tivated by but not limited to the in situ soil mixing dril-ling process where quality and accurate vertical drilling is essential to save time and effort. Using underground wireless communication models, the feasibility of achieving a reliable connectivity for re-al-time data acquisition has been analyzed. concerning this a pre-determined distance between node transcei-vers and microwave frequencies up to 868 MHz were

assumed. Several on-field tests have also been conduc-ted to verify the feasibility of sustaining such wireless connectivity over a variety of soil types and conditions.For transporting sensor data from sensors mainly em-bedded in the drilling head to the base station located above ground, a prototype routing protocol/algorithm has been developed. We choose a derivative of the AODV routing protocol where each node participates in routing by forwarding data for other nodes (wirel-ess ad-hoc network). this routing algorithm currently runs on the MSP430 processor modules equipped with cc1101 rF devices.Further research work on antenna design techniques and signal propagation issues is needed taking into consideration the unique characteristics of the enca-sement structure of the modules. We want to improve the overall signal strength as well as the effectiveness of the underground data transmission. Furthermore, work is being done on the application of sensor and data fusion algorithm to interpret prevailing drilling and underground conditions from data received/gene-rated from the sensors embedded in the drill head or along the drill tubes.

Universität SiegenZentrum für Sensorsysteme

Management:Dr.-Ing. Klaus Hartmann

Execution:M. Sc. Emmanuel Odei-lartey Paul-Bonatz-Straße 9-11D-57068 Siegen E-Mail: hartmann@zess.uni-siegen.deWeb: http://www.zess.uni-siegen.de/

telefon: +49 0()271 740 2335Fax: +49 (0)271 740 2336

I Project Management and Execution

The I-Tube Project

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recent research

During the last 10 years the research group of Prof. Griese has been working intensively on the develop-ment of a novel hybrid electrical-optical intercon-nection technology on the printed circuit board level. Based on the experience gained in many national col-laborative research projects (e.g. neGit, FutureBoard) funded by the BMBF this research project is focused on modeling and optimization of ion exchange processes for the manufacturing of passive optical components such as waveguides (figure 1), power splitter and micro lenses in thin glass sheets.the collaborative project „Modeling and Optimizati-on of Ion Exchange Processes for the Manufacturing of

Optical components with Graded Index Profiles in thin Glass Sheets“ started in the end of 2011 and is funded by the DFG. In collaboration with the tU Berlin a ther-mal and a field supported ion exchange process for the realization of graded index waveguides is investigated experimentally and by modeling and simulation tech-niques (figure 2) in order to get a deep and fundamen-tal understanding of the physical and chemical proces-ses. the overall aim of the project is to determine the process parameters by simulation in such a way, that passive optical components with predefined optical properties can be manufactured by an ion exchange process in thin glass.

Universität SiegenProf. Dr.-Ing. Elmar Griese theoretische Elektrotechnik und PhotonikHölderlinstr. 3D-57068 Siegen E-Mail: elmar.griese@uni-siegen.deWeb: www.uni-siegen.de/fb12/itp

telefon: +49 (0)271 740-4757

I Project Management and Execution

Micro Optical Components:Efficient Manufacturing by Ion Exchange Processes

Fig. 1 Cross section of a thin glass sheet with integrated graded index waveguides manufactured by an ion exchange process

Fig. 2 Ion density in the cross section of a graded index waveguide obtained bya.) Simulation of the ion exchange processb.) Calculation from the measured refractive index profile

Fig. 2a

Fig. 2bFig. 1

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Projekte 2010

EU ZESS-Fritzen-EU-SArIStU Fritzen

EU EU-HiPrwind HiPrwind Fritzen

DFG DFG Gr 3090/1-1 Modellierung und Optimierung von Ionenaustauschprozessen für die Herstellung optischer Komponenten mit GI-Profil in Dünnglassubstraten

Griese

PPP-UK Haring

EU EU-DOtFIVE EU-Projekt: “towards 0.5 teraHertz Silicon / Germanium Heterojunction bipolar technology”, supported by the European commission through FP7

Haring

DFG HA 3022/5-1,-2 DFG-Projekt 3D-Bilderfassung im terahertzbereich basierend auf elektrooptischer Detektion (3DtHz) im rahmen des Antragspakets Dynamisches 3D Sehen (PAK 73)

Haring

DFG HA 3022/7-1 DFG:“Interaktive multifunktionale konfokale Bildanalyse“

Haring, Kolb

BMBF 13n11001 Detektion verborgener Bedrohungen durch Echtzeit-3D-Bildgebung (liveDetect3D) - teilvorhaben: Datenaquisition und Visualisierung von multimodalen 3D Informationen

Haring, Kolb

684/2010 Movedetect - Personen- und Objektdetektion mit mobilen Sensoren

Hartmann

AIF AiF-2383703rH0 ZESS-Hartmann-AiF-2383703rH0 Hartmann

DFG lO 455/10-1, -2 DFG-Projekt 2D/3D Multisensorkamera für Echtzeitanwendungen (Multicam) im rahmen des Antragspakets Dynamisches 3D Sehen (PAK 73)

Hartmann, loffeld

land/BMBF

Higtech.nrW BMBF:, Flughafen Start-und landebahn-Überwachung durch multimodale, vernetzte Sensorik, „laotSe“

Hartmann, loffeld

KF2383701rr9 Entwicklung einer berührungslosen Erfassung von Fahrzeugkonturen zur Steuerung von Kfz-Waschanlagen auf Basis von PMD-Sensoren

Kolb

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

Kolb, Haring, Bornemann

E/IB1S/BA035/AF015 Evaluierung des Führungsprozesses autonomer Boden- und luftfahrzeuge und der standardisierten Anbindung an das Führungsinformationssystem des Heeres

Kuhnert

DFG DFG 689/10-1 Untersuchung und Identifikation kritischer Faktoren für die Objekterkennung und das training erscheinungsbasierter, kompositioneller Modelle

Kuhnert

Mittelgeber Fördernummer Titel Beteiligte Prof./Dr. Mittelgeber Fördernummer Titel Beteiligte Prof./Dr.

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Projekte 2010

DFG DFG 689/11-1 Analyse durch Synthese mit virtuellen Fischen als neue Versuchsmethode in Untersuchungen zur Partnerwahl

Kuhnert

AIF 15848n AIF-Projekt: „Sichere Abstützung mobiler Baumaschinen II“

loffeld

DFG DFG-Kn-876/2-1 Schätzung von Drehbewegungen mit Hilfe verteilter Beschleunigungsmesser

loffeld

DFG DFG-455/7-2 BiFOcUS - Bildgewinnung aus bistatischen SAr-rohdaten

loffeld

BMBF/Dlr

BMBF lo/Dlr Holger tanDEM-X; Optimale Prozessierung und interferometrische Verarbeitung von tanDEM-X Daten

loffeld

DFG ZESS-loffeld-DFG-lO 455/15-1

Aufbau einer bistatischen Multikanal SAr Sende- und Empfangssystems für interferometrische 2D/3D Bildgebung

loffeld

EU HErcUlES B EU-Projekt: Higher-Efficiency Engine With Ultra – low Emissions For Ships, call identifier: FP7-SSt-2007-rtD-1

nelles

DFG DFG nE 656/3-2 Identifikation mit lokal linearen Modellen basierend auf achsenschrägen Unterteilungen des Eingangsraums (2. Antragsphase)

nelles

EU MUtW-503440-llP-1-2009-1-Pt-ErASMUS-

EDcEM

Partner in einem EU ErASMUSProjekt „lifelong learning Programme- Multinational Undergrate team Work“

roth

DAAD WElADED1SIE DAAD-Odessa roth

EU ZESS-roth-EU-StIFF-FlOP

StIFF-FlOP StIFFness controllable Flexible and learn-able Manipulator for surgical Operations

roth

AIF KF2383702rP1 robotergestütztes chirurgisches Assistenzsystem für Eingriffe an der Wirbelsäule

Wahrburg

AIF KF2119208lK9 Entwicklung einer gegenüber geometrischer Schwankungen von rohren robusten Biegetechnik; Konzeption und Erprobung der optischen Messtechnik sowie Entwicklung der Korrekturalgorithmen für den robusten Biegeprozess

Weyrich

land nrW

Förderkennzeichen 005-nA01-035D

Optimierung der landwirtschaftlichen Produktionskette am Beispiel der Kartoffelverarbeitung - teilprojekt D

Weyrich

EU/land nrW

Grundlegende Entzwicklung einer vollautomatischen Produktionsanlage zur Herstellung von Batterien aus großen lithium-Ionen-Einzelzellen

Weyrich

Mittelgeber Fördernummer Titel Beteiligte Prof./Dr. Mittelgeber Fördernummer Titel Beteiligte Prof./Dr.

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ZAHlEn UnD FAKtEn

ZAHlEn 2011

Budget für das Haushaltsjahr 2011

Drittmittel für das Haushaltsjahr 2011

152.000,00 €

2.820.079,28 €

€0

€300000

€600000

€900000

€1200000

€15000002011

2010

DAAD/DlrDFGEUIndustrieBMBF

1.2

07.2

66,8

5 €

305.

377,

92 € 60

4.56

2,77

€**

98.6

96,9

2 €

551.

649,

82 €

*

52.5

25,0

0 €

734.

198,

69 €

252.

732,

58 €

* inkl. der Programmpauschale oder Projektpauschale** exkl. MwS t.

391.

752,

19 €

**

76.8

36,7

6 €

449.

623,

86 €

*

1.53

0,00

€

Bei der Einwerbung von Drittmitteln konnte das ZESS den positiven trend der vergangenen Jahre fortsetzen. Während das von der Universität zugewiesene Budget unverändert blieb, konnte im Haushaltsjahr 2011 erst-mals die 2-Millionen-Marke deutlich überschritten werden. Der Anstieg gegenüber dem Vorjahr beträgt 44%. Ursache für diese enorme Zunahme sind außer gestiegenen Zuwendungen vom MIWF (nrW Ziel 2-Programm) Zuwächse bei AiF-Projekten und EU-ge-förderten Vorhaben, wie das Balkendiagramm zeigt.

2-Millionen-Marke deutlich überschritten

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2010/20112009/20102008/2009

DrIttMIttEl PrO WISSEnScHAFtlEr

Drittmittel pro Wissenschaftler inklusive assoz. Vorstandsmitglieder

199.250€ 205.760€

253.700€

PrOMOtIOnEn PrO HOcHScHUllEHrEr

0,0

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0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

2010/20112009/20102008/2009

1,001,10

0,86

Promotionen pro Hochschullehrer

Die "Anzahl von Promotionen pro Hochschullehrer" gilt gemeinhin als Indikator für die Förderung des wis-senschaftlichen nachwuchses und auch für die For-schungsintensität eines Instituts. In der Aufstellung wurde sie auf die Anzahl der am ZESS beteiligten Pro-fessoren im aktuellen Betreuungsprozess bezogen. Die leichte Abnahme im Berichtszeitraum liegt noch im Bereich der zu erwartenden Schwankungen. Der Mit-telwert beträgt 0,93 Promotionen/Hochschullehrer in den vergangenen vier Jahren.

Drittmittel pro Wissenschaftler

Das nebenstehende Diagramm zeigt die Kennzahl Drittmittel pro Wissenschaftler zeigt das nebenste-hende Diagramm. Die Anzahl der fest angestellten Wissenschaftler ist in den letzten Jahren annähernd gleich geblieben. trotzdem gibt der Verlauf auf Grund der gleitenden Mittelwertbildung über 2 Jahre den enormen Anstieg an eingeworbenen Drittmitteln im Berichtzeitraum nur gedämpft wieder.

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2010/20112009/20102008/2009

StIPEnDIAtEn UnD WISSEnScHAFtlIcHE MItArBEItEr

575755

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25

30

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2010/20112009/20102008/2009

MOSES

IPP

GRK 1564

Stipendiaten

AnZAHl DEr StIPEnDIAtEn InKl. GrK 1564

DFG Mittelentwicklung

Im Gegensatz zu dem üblichen cHE-Hochschulran-king wurden für die dargestellten Diagramme absolute Zahlen verwendet. Da bei einer stetigen Zunahme der Gesamtsumme aller Drittmittel der relative Anteil der DFG-Mittel im Dritt-mittelaufkommen sinkt, die Einahmen durch die DFG jedoch eigentlich angestiegen sind, wurde von der üb-

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2010/20112009/20102008/20090

100000

200000

300000

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600000

2010/20112009/20102008/2009

DFG-MIttEl-EInnAHMEn DFG AntEIl IM DrIttMIttElAUFKOMMEn

€ %

lichen Darstellung Abstand genommen. Der DFG-An-teil am Drittmittelaufkommen fällt von 29,2% in den Jahren 2008/2009 und 22,1% in den Jahren 2009/2010 auf nunmehr 20,7%.

Beide Darstellungen zeigen jeweils gleitende Mittel-werte über 2 Jahre.

Wissenschaftliche Mitarbeiter und Stipendiaten

Die Gruppe der am ZESS tätigen wissenschaftlichen Mitarbeiter besteht hauptsächlich aus Mitgliedern der strukturierten Promotionsprogramme. Außer dem seit 2003 bestehenden International Postgraduate Pro-gramms (IPP) Multisensorics und der im Wintersemes-ter 2009/2010 gestarteten research School on Multi-Modal Sensor Systems for Environmental Exploration (MOSES) sind im nebenstehenden Schaubild erstmals auch Stipendiaten des DFG geförderten Graduierten-kollegs (GrK 1564) Imaging new Modalities aufge-führt.

Hinsichtlich der Gesamtzahl aller am ZESS beschäf-tigten Stipendiaten und Mitarbeiter, die entweder an einem der strukturierten Promotionsprogramme teil-nehmen oder im traditionellen Verfahren promovieren, ergeben sich Sättigungserscheinungen. Dieser trend ist nicht zuletzt den begrenzten Kapazitäten im Hinblick auf räume, Ausstattung und wissenschaftlicher Be-treuung geschuldet. Eine weitere Steigerung der Drittmittelzahlen durch personelles Wachstum wird dadurch klar begrenzt und kann nur, wie auch die aktuelle Steigerung, durch eine Erhöhung der Effizienz erreicht werden, wenn sich nicht auch der ressourcenansatz steigern läßt.

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BUCHBEITRägE UND ARTIkEL IN ZEITSCHRIFTEN

Bornemann, r.; thiel, E.; Bolívar, P. H.: „High-power Solid-state cW Dye laser“, Optics Ex-press, Vol. 19, no. 27, pp. 26382-26393, 2011.

chiosa, I.; Kolb, A.: „GPU-based Multilevel clustering“, IEEE trans. on Visualization and computer Graphics (tVcG), Vol. 17, no. 2, pp. 132-145, 2011.

Debus, ch.; Spickermann, G.; nagel, M.; Haring Bolívar, P.: „All-Electronic Spectrometer for terahertz Biosensing“, Microwave and Optical technology letters, Vol. 53, no. 12, pp. 2899-2902, 2011.

Edwan, E.; Knedlik, S.; loffeld, O.: „constrained Angular Motion Estimation in a Gyro Free IMU“, IEEE transactions on Aerospace and Electronic Systems, Vol. 47, no. 1, pp. 596-610, 2011.

Friederich, F.; von Spiegel, W.; Bauer, M.; Meng, F.; thom-son, M.D.; Boppel, S.; lisauskas, A.; Hils, B.; Krozer, V.; Keil, A.; loffler, t.; Henneberger, r.; Huhn, A.K.; Spickermann, G.; Bolívar, P. H.; roskos, H.G.: „tHz Active Imaging Systems with real-time capabilities“, terahertz Science and tech-nology, IEEE transactions on, Vol. 1, no. 1, pp. 183-200, 2011.

Hartmann, B.; Bänfer, O.; nelles, O.; Sodja, A.; teslic, l.; Škrjanc, I.: „Supervised Hierarchical clustering in Fuzzy Model Identification“, IEEE transactions on Fuzzy Systems, Vol. 19, no. 6, pp. 1163-1176, 2011.

langmann, B.; Hartmann, K.; loffeld, O.: „comparison of Depth Super-resolution Methods for 2D/3D Images“, In-ternational Journal of computer Information Systems and Industrial Management Applications, Vol. 3, pp. 635 -645, 2011.

loffeld, O.: „An Alternative Derivation of the Method of Stationary Phase for Multivariate Signals“, IEEE transac-tions on Geoscience and remote Sensing, Vol. PP, no. 99, pp. 1-10, 2011.

PUBlIKAtIOnEn UnD AKtIVItätEn

Moll, J.; torres-Arredondo, M.A.; Fritzen, c. P.: „numerical Aspects of Automatic Guided Wave Based Damage loca-lization Algorithms in Flat Anisotropic Structures“, Smart Struc-tures and Systems, 2011.

nguyen-Van, D.; Kuhnert, l.; Kuhnert, K.-D.: „Structure overview of vegetation detection. A novel approach for efficient vegetation detection using an active lighting sys-tem“, robotics and Autonomous Systems, 2011.

Schneider, H.-ch.; Wahrburg, J.; roth, H.: „Model-Aided controller Evaluation for a Surgical Assistance robot to track Patient Movements in real time“, Proceedings of the 18th IFAc World congress, 2011.

teslic, l.; Hartmann, B.; nelles, O.; Škrjanc, I.: „nonlinear System Identification by Gustafson-Kessel Fuzzy cluste-ring and Supervised local Model network learning for the Drug Absorption Spectra Process“, IEEE transactions on neural networks, Vol. 22, no. 12, pp. 1941-1951, 2011.

torres-Arredondo, M.A.; Fritzen, c.-P.: „A Viscoelastic plate theory for the fast modelling of lamb wave solutions in nDt/SHM applications“, nDt&E of composite Materials - compnDt, 2011.

torres-Arredondo, M.A.; Fritzen, c. P.: „characterization and classification of modes in acoustic emission based on dispersion features and energy distribution analysis“, Jour-nal of Shock and Vibration, 2011.

Wahrburg, J.; Ebner, F.; Marquart, J.; Pfeifle, M.; Sahm, S.; rehe, O.; Wellein, D.; tatagiba, M.; Duffner, F.: „Integration von kompakter Zoomoptik, navigation und roboterassis-tenz in der mikrochirurgischen neurochirurgie“, cUrAc 2011, tagungsband zur 10. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für computer- und roboterassistierte chirur-gie e.V. (cUrAc) vom 15. bis 16. September 2011,, Magde-burg, Germany, Univ. Magdeburg, 2011, pp. 161-164.

Wissenschaftliche Publikationen

BEgUTACHTETE kONFERENZBEITRägE

Bänfer, O.; Kampmann, G.; nelles, O.: „Multi-step-ahead optimal learning strategy for local model networks with higher degree polynomials“, American control conference (Acc), San Francisco, USA, July, 2011, pp. 2448-2449

Bernshausen, J.; Joochim, c.; roth, H.: „Mobile robot Self localization and 3D Map Building Using a 3D PMD-camera for tele-robotic Applications“, 18th IFAc World congress, Milano, Italy, August 28 - September 2, 2011.

chai, W.; Zhou, J.; chen, c.; nies, H.; loffeld, O.: „continuous Indoor localization and navigation Based on low-cost InS/Wi-Fi Integration“, 2011 International conference on Indoor Positioning and Indoor navigation (IPIn 2011), Guimarães, Portugal, 21.-23. September, 2011.

Ebert, t.; Kampmann, G.; nelles, O.: „reliable nearest neighbors for lazy learning“, American control conference (Acc), San Francisco, USA, July, 2011, pp. 3041-3046.

Edwan, E.; Zhang, J.; Zhou, J.; loffeld, O.: „reduced DcM based attitude estimation using low-cost IMU and magnetometer triad“, 8th Workshop on Positioning navigation and com-munication (WPnc), Dresden, Germany, 7-8 April, 2011, pp. 1-6.

Han, J.; loffeld, O.; Hartmann, K.: „Multimodal human detection by sparse feature pursuit“, 17th International conference on Digital Signal Processing (DSP), corfu, Greece, 6-8 July, 2011, pp. 1-6.

Han, J.; loffeld, O.; Hartmann, K.: „Depth map resolution enhancement for 2D/3D imaging system via compressive sensing“, International Symposium on Photoelectronic Detection and Imaging 2011: Advances in Imaging Detectors and Applications, Beijing, china, 24 May, 2011, pp. 819434.

Hartmann, B.; Moll, J.; nelles, O.; Fritzen, c.-P.: „Hierarchical local Model trees for Design of Experiments in the Framework of Ultrasonic Structural Health Monitoring“,

Wang, r.; Deng, Y.; loffeld, O.; nies, H.; Walterscheid, I.; Espeter, t.; Klare, J.; Ender, J.: „Processing the Azimuth-Va-riant Bistatic SAr Data by Using Monostatic Imaging Algo-rithms Based on two-Dimensional Principle of Stationary Phase“, IEEE t. Geoscience and remote Sensing, Vol. 49, no. 10, pp. 3504-3520, 2011.

Weyrich, M.; laurowski, M.; Klein, P.; Wang, Y.: „A real-time and Vision-based Methodology for Processing 3D Objects on a conveyor Belt“, International Journal of Systems Ap-plications, Engeneering & Development, Vol. 5, no. 4, pp. 561-569, 2011.

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Multi-conference on Systems and control (MSc), IEEE conf. on control Applications (ccA), Denver, USA, 28-30 Sept, 2011, pp. 1163.

Hartmann, B.; Ebert, t.; nelles, O.: „Model-Based Design of Experiments based on local Model networks for nonlinear Processes with low noise levels“, American control conference (Acc), San Francisco, USA, July, 2011, pp. 5306-5311.

Jiang, t.; Kuhnert, K.-D.; nguyen-Van, D.; Kuhnert, l.: „Multiple template auto exposure control based on luminance histogram for on-board camera“, IEEE cSAE 2011 International conference on computer Science and Automation Engineering, Shanghai, china, 10-12 June, 2011.

Jiang, X.; lambers, M.; Bunke, H.: „Structure-Based Evaluation Methodology for curvilinear Structure Detection Algorithms“, Proc. IAPr-tc15 Workshop on Graph-based representations in Pattern recognition, lecture notes in computer Science, 2011, pp. 305-314.

Kerstein, t.; laurowski, M.; Klein, P.; Weyrich M.; roth, H.; Wahrburg, J.: „Optical 3D-Surface reconstruction of Weak textured Objects Based on an Approach of Disparity Stereo Inspection“, International conference on Pattern recognition and computer Vision (IcPrcV), Amsterdam; netherlands, July 2011, pp. 581-586.

Kerstein, t.; Schneider, H.-ch.; Wahrburg, J.: „A novel approach for reliable optical localization in Image Guided Surgery using two-part reference bodies“, BMt 2011 - 45. DGBMt Jahrestagung, Freiburg (Breisgau), Germany, 27. - 30. September, 2011.

Kuhnert, l.; nguyen, D.-V.; thamke, S.; Kuhnert, K.-D.: „Autonomous explorative outdoor path planning“, IAStED Int. conf. robotics, Pittsburgh, USA, november 7 – 9, 2011.

langmann, B.; Hartmann, K.; loffeld, O.: „Global Multi-View tracking utilizing color and toF cameras by combining Volumetric and Photometric Measures“, International conference on computer Vision theory and Applications (VISAPP 2011), Vilamoura, Algarve, Portugal, 5-7- March, 2011, pp. 694-699.

laurowski, M.; Klein, P.; Weyrich, M.; Scharf, P.; Stark, S.: „Use-Appropriate Design of Automated Optical Inspection Systems for rotationally Symmetric Parts“, 56th International Scientific colloquium, Ilmenau, Germany, 12-16 September, 2011.

laurowski, M.; Kerstein, P.; Klein, P.; Weyrich, M.; roth, H.; Wahrburg, J.: „One Shot Optical 3D surface reconstruction of Weak textured Objects for an Agricultural Application“, 56th International Scientific colloquium, Ilmenau, Germany, 12-16 September, 2011.

lottner, O.; langmann, B.; Weihs, W.; Hartmann, K.: „Scanning 2D/3D monocular camera“, 3DtV conference: the true Vision - capture, transmission and Display of 3D Video (3DtV-cOn), Antalya, turkey, 16-18 May, 2011, pp. 1-4.

Moll, J.; rezk-Salama, ch.; Schulte, r.; Klinkert, t.; Fritzen, c.-P.; Kolb, A.: „Interactive Simulation and Visualization of lamb Wave Propagation in Isotropic and Anisotropic Structures“, Int. conf. on Damage Assessment of Structures (DAMAS), March, 2011.

nguyen-Van, D.; Kuhnert, l.; Jiang, t.; thamke, S.; Kuhnert, K-D.: „Vegetation Detection for Outdoor Automobile Guidance“, IEEE IcIt-2011 International conference on Industrial technology, Auburn, Alabama, USA, March, 2011, pp. 358-364.

nguyen-Van, D.; Kuhnert, l.; Kuhnert, K-D.: „An Integrated Vision System for Vegetation Detection in Autonomous Ground Vehicles“, IAStED International conference on robotics (robo2011), Pittsbugh, USA, 7-9 november, 2011.

nguyen-Van, D.; Kuhnert, l.; Jiang, t.; Kuhnert, K.-D.: „A novel Approach of terrain classification for Outdoor Automobile navigation“, IEEE cSAE 2011 International conference on computer Science and Automation Engineering, Shanghai, china, 10-12 June, 2011.

niu, Y.; Klinkov, M.; Fritzen, c.-P.: „Online Force reconstruction Using an Unknown-Input Kalman Filter Approach“, Proceedings of the 8th International conference on Structural Dynamics, leuven, Belgium, 2011, pp. 2569-2576.

niu, Y.; Kraemer, P.; Fritzen, c.-P.: „Operational Modal Analysis for the Guangzhou new tV tower“, IMAc XXIX, Jacksonville, Florida, USA, 2011.

niu, Y.; Klinkov, M.; Fritzen, c. P.: „Extension of the Generalized Unknown Input Kalman Filter for Online-reconstruction of External Structural loads“, the 8th International Workshop on Structural Heath Monitoring (IWSHM 2011), Stanford, cA, USA, September 13-15, 2011, pp. 1188-1195.

Odei-lartey, E.; Hartmann, K.: „Wireless Ad hoc and Sensor network Underground with Sensor Data in real-time“, the Sixth International conference on Systems and networks communications (IcSnc 2011), Barcelona, Spain, October 23-29, 2011, pp. 188-192.

Samarah, A.; Albashar, A.; loffeld, O.: „A Unique Parallel Processing technique for Generating Digital chirp Signals for the Applications of Synthetic Aperture radar“, IEEE UKSim 5th European Modelling Symposium on Mathematical Modelling and computer Simulation (EMS 2011), Madrid, Spain, 16.-18. november, 2011.

Schlemper, J.; Kuhnert, l.; Ax, M.; thamke, S.; Kuhnert, K.-D.: „Gestenbasierte Mensch-Maschinen-Interaktion in der Außenbereichs-robotik“, 6. congress Multimediatechnik, Wismar, Germany, 20. Oktober 2011.

Strickert, M.; labitzke, B.; Blanz, V.: „Partial generalized correlation for hyperspectral data“, IEEE Symposium on computational Intelligence and Data Mining, 2011.

Strickert, M.; labitzke, B.; Kolb, A; Villmann, t.: „Multispectral image characterization by partial generalized covariance“, European Symp. on Artificial neural networks, computational Intelligence and Machine learning (ESAnn), 2011.

torres-Arredondo, M.A.; Jung, H.; Fritzen, c. P.: „towards the development of predictive models for the system design and modal analysis of acoustic emission based technologies“, Proceedings of the 2nd International Workshop on Smart Diagnostics of Structures, Krakow, Poland, 2011.

torres-Arredondo, M.A.; Fritzen, c. P.; Yang, c.: „On the application of Bayesian analysis and advanced signal processing techniques for the impact monitoring of smart structures“, Proceedings of the International Workshop in Structural Health Monitoring, IWSHM 2011, Stanford, cA, 2011, pp. 1062-1069.

torres-Arredondo, M.A.; Jung, H.; Fritzen, c. P.: „A Study of Attenuation and Acoustic Ener-gy Anisotropy of lamb Waves in Multilayered Anisotropic Media for nDt and SHM applications“, Proceedings of the 6th International Workshop nDt in Progress, Prague, czech republic, 2011.

Weyrich, M.; Klein, P.; laurowski, M.; Wang, Y.: „Vision based Defect Detection on 3D Objects and Path Planning for Processing“, the 11th WSEAS International conference on rOBOtIcS, cOntrOl and MAnUFActUrInG tEcHnOlOGY (rOcOM ‚11), Venice, Italy, 8-10 March, 2011.

Weyrich, M.; Steden, F.; Wolf, J.; Scharf, M.: „Identification of mechatronic units based on an example of a flexible customized multi lathe machine tool“, IEEE 16th conference on Emerging technologies & Factory Automation (EtFA), toulouse, France, 5-9 September, 2011, pp. 1-4.

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Mitarbeit in Arbeitsgruppen, gremien

Haring Bolívar, P.: tHz Focus Group, European Optical Society

Haring Bolívar, P.: Koordinator des EU Projekts Phoenix

Haring Bolívar, P.: Beiratsmitglied KM:SI - Kompetenzregion Mittelstand Siegen-Wittgenstein

Haring Bolívar, P.: Vorstandsmitglied der ASIO Agentur für Struktur- und Innovationsförderung im Kreis Olpe

Haring Bolívar, P.: Beiratsmitglied tIME technologie Institut Metall und Engineering

Haring Bolívar, P.: Prorektor für Forschung und wissenschaftlichen nachwuchs der Universität Siegen

Kolb, A.: Sprecher des DFG Graduiertenkollegs 1564

Kolb, A.: Prodekan für Forschung und Wissenschaftlichen nachwuchs der naturwissenschaftlich- technischen Fakultät der Universität Siegen

loffeld, O.: Kurator des Fraunhofer-Instituts für Hochfrequenzphysik und radartechnik, FHr

loffeld, O.: Mitglied „round table Sicherheitsforschung nrW“

loffeld, O.: Sprecher der nrW research School on Multi Modal Sensorsystems for Environmental Exploration and Safety (MOSES)

loffeld, O.: Sprecher International Postgraduate Programme Multi Sensorics

loffeld, O.: Sprecher des DFG-Paketvorhaben Bistatic Exploration (PAK 59)

loffeld, O.: Scientific lead Bistatic of OperationstanDEM-X (BMBF/Dlr/Infoterra)

Weyrich, M.: Wiss. Direktor (Füge- und Montagetechnik) Automotive center Südwestfalen (AcS)

Weyrich, M.; Klein, P.; laurowski, M.; Wang, Y.: „A Function-Oriented Approach for a Mechatronic Modularization of a Sensor-Guided Manufacturing System“, 56th International Scientific colloquium, Ilmenau, Germany, 12-16 September, 2011.

Weyrich, M.; Klein, P.; laurowski, M.; Wang, Y.: „Mechatronic engineering of novel manufacturing processes implemented by modular and sensor-guided machinery“, IEEE 16th con-ference on Emerging technologies & Factory Automation (EtFA), toulouse, France, 5-9 September, 2011, pp. 1-7.

Yang, c.; torres-Arredondo, M.A.; Fritzen, c. P.: „Acoustic emission simulation for online impact detection“, Proceedings of cOMSOl 2011, Stuttgart, Germany, 2011.

Yang, Y.; Zhou, J.; loffeld, O.: „Applying a Fine Doppler Acquisition Method on Software GPS receiver with Field Experiment“, 53rd International Symposium ElMAr-2011, Zadar, croatia, 14.-16. September, 2011, pp. 179-182.

Yang, c.; Fritzen, c. P.: „A novel Piezoelectric Paint Sensor for non-destructive testing“, International Workshop Smart Materials, Structures & nDt in Aerospace, Montreal, canada, november 2-4, 2011.

Yang, c.; Fritzen, c. P.: „characterization of piezoelectric paint and its refinement for structural health monitoring applications“, 3rd International conference on Smart Materials and nanotechnology in Engineering, Shenzhen, china, 2011, pp. 84091c.

Zhang, J.; Zhou, J.; Edwan, E.; loffeld, O.: „DSP-based tightly-coupled GPS/MEMS-IMU Integration Using Sequential Processing“, IOn GnSS 2011, Portland, Oregon, USA, Sep-tember 20-23, 2011.

Zhou, J.; Yang, Y.; Zhang, J.; Edwan, E.: „Applying Quaternion-based Unscented Particle Filter on InS/GPS with Field Experiments“, Proceedings of the 24th International technical Meeting of the Satellite Division of the Institute of navigation (IOn GnSS 2011), Portland, Oregon, September 2011, pp. 3842.

Zhou, J.; Yang, Y.; Zhang, J.; Edwan, E.; loffeld, O.; Knedlik, S.: „tightly-coupled InS/GPS using Quaternion-based Unscented Kalman filter“, AIAA Guidance, navigation and control 2011, Portland, Oregon, 8 - 11 Aug, 2011.

Zubair, M.; Hartmann, K.; loffeld, O.: „real-time sensor fusion technique for acoustic and seismic sensors“, Proc. SPIE 8050, 805019, Signal Processing, Sensor Fusion, and target recognition, Orlando, Florida, USA, 25 April, 2011.

Zubair, M.; Hartmann, K.: „target classification based on sensor fusion in multi-channel seismic network“, IEEE International Symposium on Signal Processing and Information technology (ISSPIt), Bilbao, Spain, 2011, pp. 438-443.

Zubair, M.; Hartmann, K.; loffeld, O.: „A correlation Based Sensor Fusion Method for Multi-channel Seismic network“, IAcSIt 3rd International conference on Signal Acquisition and Processing (IcSAP 2011), Singapore, February 26 – 28, 2011, pp. P123.

Zukic, D.; Egger, J.; Bauer, M. H. A.; Kuhnt, D.; carl, B.; Freisleben, B.; Kolb, A; nimsky, c.: „Preoperative Volume Determination for Pituitary Adenoma“, Proc. SPIE Medical Imaging, lake Buena Vista, Florida, USA, 2011.

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Auszeichnungen und Ehrungen

BESt PAPEr AWArD

Den IOP (Institute of Physics, Bristol/UK) Best Student Paper Award erhielt IPP/MOSES-Stipendiatin cheng Yang Anfang november 2011 für ihren Beitrag „A novel Piezo-electric Paint Sensor for non Destructive testing“ während des internationalen cAnSMArt Workshop in Montreal. Als wichtige Kriterien für die Preisvergabe galten, dass der Erstautor/die Erstautorin des Beitrags Student/Studentin (Masterstudent oder Doktorand) sein muss. Weiterhin be-urteilte das Komitee den Beitrag nach der wissenschaftli-chen Qualität einschließlich einer prägnanten Darstellung der Arbeit, der Klarheit der Sprache sowie nach Organisati-on und Vollständigkeit des wissenschaftlichen Artikels.

ItG-lItErAtUrPrEIS

Jedes Jahr würdigt die Informationstechnische Gesellschaft (ItG) im VDE (Verband der Elektrotechnik Elektronik Infor-mationstechnik e.V.) herausragende wissenschaftliche Ver-öffentlichungen mit dem ItG-literaturpreis. In diesem Jahr wurde der Preis an die Wissenschaftler Dr.-Ing. Ingo Wal-terscheid und Dr.-Ing. Andreas Brenner des Fraunhofer-Ins-titut für Hochfrequenzphysik und radartechnik FHr sowie Professor Dr. Otmar loffeld und Dipl.-Ing. thomas Espeter von der Universität Siegen für ihre Veröffentlichung „Bista-tic SAr Experiments with PAMIr and terraSAr-X – Setup, Processing and Image results“ verliehen.

Die Preisverleihung fand am 21. november 2011 in der Brandenburgischen Akademie der Wissenschaften in Berlin statt. Die Forscher wurden zudem für ihr Engagement im Bereich MInt mit dem MInt-Ehrenbotschaftertitel aus-gezeichnet. Sie bemühen sich seit langem und mit vielen Initiativen um den nachwuchs in Mathematik, Informatik, naturwissenschaften und technik.

BESt PAPEr AWArD

Den IArIA (International Academy, research and Indus-try Association) Best Paper Award gewannen Emmanuel Odei-lartey (MOSES-Stipendiat) und Klaus Hartmann für ihren Beitrag „Wireless Ad hoc and Sensor network Un-derground with Sensor Data in real-time“ während der IcSnc 2011 (Sixth International conference on Systems and networks communication, 23.-29. Oktober 2011) in Barcelona, Spanien.

BESt PAPEr AWArD

Die Veröffentlichung „Applying Quaternion-based Un-scented Particle Filter on InS/GPS with Field Experiments“ der IPP-Doktorand(inn)en M.Sc. Junchuan Zhou (Hauptau-tor), M.Sc. Yuhong Yang, M. Sc. Jieying Zhang und M. Sc. Ezzaldeen Edwan (coautoren) wurden auf der Jahresta-gung des „Institute of navigation (IOn, September 2011) in Portland, USA, mit dem „Best Paper Award“ prämiert.

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Studien- und Abschlussarbeiten StUDIEnArBEItEn / PrOJEctWOrKS

Aleatbi, M.: Implementation of basic functions to control a surgical robot system by a small touchscreen display

Ansorge, M.: Analyse des elektromagnetischen Spektrums zur optischen Detektion von Fehlstellen auf agrarwirtschaftlichen Produkten

Ingenohl, B.: Konzeption einer lebensmitteltechnischen Anlage zum Entfernen von Fehlstellen an agrarwirtschaftlichen Gütern

Jiang, W.: Estimation techniques for a typical nonlinear System

Kirchgessler, V.: Entwicklung eines Verfahrens zur Entfernung von Fehlstellen an Kartoffelscheiben

Zhou, t.: Estimation techiques for Orbit Determination from tSOA radar Measurement

Amadov, F.: Activity analysis with mulitiple Multi-cams

Berger, M.: Schwingungsanalyse einer kleinen Windenergieanlage und Entwicklung eines Konzepts zur Dauerüberwachung ihrer rotorblätter hinsichtlich der Schadenserkennung

Büthe, I.: Modellgestützte Fehlererkennung an piezoelektrischen Sensoren - Validierung mit Hilfe von experimentellen Untersuchungen und FE-Berechnungen

cespi, r.: Detektion und tracking von Händen in tOF tiefeninformationen

Diefenthal, M.: Validierung eines Modells der thermischen Verformung von rotoren als Folge von sanftem Anstreifen

Ferreira Antunes, D.: Entwicklung eines Bildverarbeitungsalgorithmus zur automatisierten Oberflächeninspektion anhand des Programmpakets labView

Heide, F.: Deblurring of multispectral images

Klein, t.: Gesture recognition for Virtual reality Applications

liu, B.: Entwurf und realisierung eines DDS basierten Signalgenerators zur Erzeugung breitbandiger frequenzmodulierter Signalformen

luhua, J.: Development of a Wireless Sensor network for Structural Health Monitoring Applications

Massow, P. M.: tropfenschlagerosion an schnell bewegten rotorblattspitzen von Windenergieanlagen - Aufbau eines Versuchsstandes und Entwicklung eines Übertragungsmodells auf die reale Anlage

Müller, M.: Softwareentwicklung für verschiedene Sensorknoten in einem Wireless Sensor network und Implementierung der Vorverarbeitungs-Algorithmen

nawrath, A.: Automatisches Handhaben ungeordneter Bauteile durch Verfahren der industriellen 3D-Bildverarbeitung

ramirez lozano, M. M.: Development of a Matlab Program for Elastic and Viscoelastic Wavepropagation Analysis in Isotropic and composite Materials

ABScHlÜSSE

DIPlOM-, BAcHElOr- UnD MAStErArBEItEn

roepke, t.: Überblick und Evaluierung ausgewählter condition Monitoring Systeme für Windernergieanlagen mit Fokus auf den triebstrang

Scheffran, P.: Konzeption und Validierung eines vollautomatischen Bildverarbeitungssystems zur Detektion von Oberflächenfehlern an Schmiedeteilen mit nicht definierten Oberflächen

Schröder, B.: Brain tumor Segmentation

tang, G.: 2D/3D Segmentation – Use depth information for a more reliable object detection

tretbar, F.: Entwicklung eines optischen Prüfsystems zur 100%-Kontrolle in der Fertigung als Direktanbindung an eine Presse

Wied, t.: Aufbau eines Demonstrationsprüfstandes zur Ermittlung der Position, des Kraftverlaufes sowie der eingebrachten Energie eines Softimpacts

Wolter, P.: Bestimmung von Schnittparametern für unterschiedliche Werkstoffe zur flexiblen Anwendung des Schneides mit reinwasserstrahl

Yokaribas, V.: Schneidkraftanalysen an einer Aufschnittschneidemaschine mittels 3-Komponenten-Kraftsensor mit Schwingungsmessungen von Beschleunigungssensoren

Zhou, t.: Entwicklung eines Indoor-navigationssystems basierend auf InS/WiFi Integration

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Die Annual Spring Presentations der Doktoranden des IPP Multisensorics, der Forschungsschule MOSES und des GrK 1564 fanden vom 29.-31. März 2011 statt. Alljährlich prä-sentieren hier die Stipendiaten und Doktoranden ihre For-schungsvorhaben.

Unter dem Motto „Forschung erleben, sehen und verste-hen“ beteiligten sich die Arbeitsgruppen von Prof. loffeld (remote Sensing SAr), von Prof. Weyrich (Fertigungsau-tomatisierung und Montage), von Dr. Wahrburg (Medizin-technik), von Dr. Hartmann und Dr. Weihs (Embedded Sys-tems) sowie von Dr. Bornemann (lasertechnik) an dem tag „Offene Uni“ (18. Juni 2011)in Form von Vorführungen und Ausstellungen in den laboratorien.Das Publikum reichte von Grundschülern über studieninte-ressierte Abiturienten bis hin zur Generation 70plus.

Die Präsentationen der Ergebnisse dieser Vorhaben fanden in den Annual Fall Presentations vom 4.-6. Oktober 2011 statt. Zum zweiten Mal wurden auch externe tutorien „Markerless Dynamic Scene reconstruction“ (Prof. Dr. ch. theobalt) und „compressive Sensing“ (Prof. Dr. H. rauhut) und eine Invited Session „Scene reconstruction & Image based techniques“ integriert.

nach zweijähriger Aufbauphase des lehrstuhls Fertigungs-automatisierung und Montage unter der leitung von Pro-fessor Michael Weyrich war der lehrstuhl dieses Jahr erstmalig auf der Hannover-Messe vertreten. Auf dem Ge-meinschaftsstand des landes nordrhein-Westfalen wurde eine sensorgesteuerte Bearbeitungssimulation präsentiert.Betrachtungsperspektiven auf der Mikroebene - wie sie zu-meist in der Fertigungstechnik vorkommen - wurden mit den Aspekten der Makroebene wie beispielsweise der Sze-nariotechnik, der Fabrikplanung oder dem Projektmanage-ment kombiniert. Der vorgestellte Engineeringbaukasten wurde im rahmen verschiedener Projekte erarbeitet.

MESSEn UnD VErAnStAltUnGEn

Hannover Messe Jährliche PräsentationenOffene Uni 2011 Lange Nacht der Wissenschaft in Erlangen

Das chirurgische Assistenzrobotersystem aus der Arbeits-gruppe „Medizintechnik“ von Dr. Wahrburg wurde zu-sammen mit dem Kooperationspartner 4plus GmbH bei der „langen nacht der Wissenschaften“ in Erlangen am 22.10.2011 ausgestellt. Der Schwerpunkt lag dabei in der Demonstration der Anwendungsmöglichkeiten in der Wir-belsäulenchirurgie.

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PrOMOtIOnEn & HABIlItAtIOnEn

Bernshausen, J.:Integration von 3D-time-of-Flight-Kameras in Applikatio-nen zur sicheren Steuerung autonomer roboter, Disserta-tion, Siegen, Germany, 2011, 207 Seiten.

lambers, M.:Interactive Visualization of remote Sensing Data, Disser-tation, Siegen, Germany, 2011, 121 Seiten.

lottner, O.:Investigations of Optical 2D/3D-Imaging with Different Sensors and Illumination configurations, Dissertation, Aachen, Germany, Shaker Verlag, 2011, ZESS Forschungs-berichte (Band 29), ISBn 978-3-8440-0787-9, 202 Seiten.

Moll, J.Strukturdiagnose mit Ultraschallwellen durch Verwen-dung von piezoelektrischen Sensoren und AktorenDissertation, Siegen, Germany, 2011, 170 Seiten.

netramai, ch.:Using mobile multi-camera unit for real-time 3D motion estimation and map building of indoor environment, Dis-sertation, Siegen, Germany, 2011, 184 Seiten.

Joochim, c.:Autonomous navigation and mapping of mobile robots based on 2D/3D cameras combination, Dissertation, Siegen, Germany, 2011, 144 Seiten.

Im Jahr 2011 verzeichnet das Zentrum sechs Promotionen und eine Habilitation. Die Konspekte der folgenden Seiten sollen als Indikator für die Qualität der Förderung des wissenschaftlichen nachwuchses und damit für die Forschungsin-tensität unseres Instituts dienen.

Knedlik, Stefan: Introduction to satellite navigation, inertial navigation and GnSS/InS integration

Habilitation, University of Siegen, 2011

Promotionen

Habilitationen

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Optische Sensoren sind heut-zutage aus den Bereichen mobile robotik und Indust-rierobotik nicht mehr weg-zudenken. laserscanner und Stereovisionsysteme dienen hauptsächlich zur Erfassung des roboterumfelds. Hier-

bei werden diese Sensoren größtenteils in Kombination verwendet, um die Schwächen der einzelnen Systeme zu kompensieren. Dies hat einen nicht unerheblichen Auf-wand zur Sensorfusion und zur Integration in die roboter-systeme zur Folge. Die PMD-technik, welche in den letzten Jahren eine enorme Entwicklung bezüglich der erreichba-ren Messgenauigkeit vollzogen hat, verspricht in diesem Umfeld eine hervorragende, kostengünstige und leicht zu integrierende Alternative zu sein.Die Arbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung der leis-tungsfähigkeit der PMD-Kameratechnik in dem Gebiet der Kollisionsvermeidung durch Überwachung des roboter-umfeldes bei Handhabungsrobotern und für mobile ro-botersysteme. Diese wird anhand von zwei verschiedenen Beispielapplikationen untersucht. Im Bereich der mobilen

robotik wird ein fahrerloses transportsystem aufgebaut, welches allein auf Grundlage der 3D PMD-Bilder die au-tonome navigation in einer nur teilweise bekannten Um-gebung beherrscht. Hierzu wurden PMD basierte Algorith-men zur Selbstlokalisierung, Hinderniserkennung sowie reaktiven Bahnplanung entworfen. Die zweite Applikati-on befasst sich mit der Überwachung von roboterarbeits-räumen im Gebiet der Handhabungsrobotik. Spezielle auf die PMD-Kamera angepasste Algorithmen gewährleisten das Erkennen von Fremdobjekten und Personen in der ro-boterzelle. Dies ermöglicht dem roboter entsprechend zu reagieren und alternative kollisionsfreie trajektorien zu finden. Auf die Installation von Sicherheitszäunen, die heutzutage im industriellen Umfeld noch Standard sind, kann aufgrund dessen verzichtet werden, so dass zum Bei-spiel die Option zu einer Mensch-roboter-Kooperation geschaffen wird. Zudem bietet die PMD basierte Bahn-planung von robotertrajektorien den Vorteil, dass zeitin-tensive teach-In-Prozesse zum Einlernen von trajektorien entfallen und roboterzellen schneller in Betrieb genom-men werden können.

Gutachter: Prof. H. roth und Prof. M. Weyrich

Bernshausen, J.

Integration von 3D-Time-of-Flight-Kameras in Applikationen zur sicheren Steuerung autonomer Roboter Universität Siegen, 207 Seiten

Lambers, M.

Interactive Visualization of Remote Sensing DataUniversität Siegen, 121 Seiten.

Fernerkundung ist ein wichti-ges Werkzeug für die Analyse und Interpretation einer Viel-zahl von globalen und lokalen Zuständen und Prozessen auf der Erde. Flugzeug- und sa-tellitengestützte Fernerkun-dungssysteme produzieren

eine schnell wachsende Zahl an Datensätzen, und Fort-schritte im Bereich der Sensortechnik führen zu immer hö-heren räumlichen und spektralen Auflösungen dieser Da-tensätze.

Für die Visualisierung von Fernerkundungsdaten müssen Sensordaten aus verschiedenen Quellen verarbeitet und kombiniert werden, um Geometrie- und Farbinformati-on zu produzieren. Da der Detailreichtum multimodaler, hochaufgelöster Datensätze nicht in einem einzigen sta-

tischen Bild wiedergegeben werden kann, sind interaktive Visualisierungstechniken erforderlich.Ein System zur interaktiven Visualisierung von Fernerkun-dungsdaten erlaubt es, Methoden für die Datenverarbei-tung und Datenfusion interaktiv auszuwählen und zu jus-tieren. Dies ermöglicht es dem Benutzer, die für die aktuelle Fragestellung relevanten Details sichtbar zu machen, und so ein besseres Verständnis der Daten zu erlangen.In der Arbeit wird ein System vorgestellt, das Datenverwal-tung, Datenverabeitung und Datenfusion übernimmt. Spe-zialisierte interaktive Verarbeitungsmethoden für Sensor-daten werden am Beispiel von Bildern aus radarsystemen mit synthetischer Apertur untersucht. Schließlich werden effiziente Geometrieverfeinerungsmethoden vorgestellt, die zur Anzeige dynamischer Daten geeignet sind und dabei Fehlerobergrenzen garantieren können.

Gutachter: Prof. A. Kolb und Prof. K. Myszkowski

PrOMOtIOnEn

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Lottner, O.

Investigations of Optical 2D/3D-Imaging with Different Sensors and Illumination ConfigurationsShaker Verlag, ZESS Forschungsberichte, Band 29, 202 Seiten

Optische 2D-Bildverarbeits-systeme sind heutzutage in den verschiedensten Indus-triezweigen etabliert. Aller-dings liefern 2D-Kameras le-diglich eine flache Abbildung der Szene. Auf der anderen Seite erzeugen die eben-

falls etablierten klassischen Abstandssensoren (z.B. tri-angulatoren) keine räumlich und zugleich zeitlich zusam-menhangenden tiefenbilder. Während die letztgenannte Anforderung von optischen 3D-Kameras, die auf dem Pha-senlaufzeitverfahren basieren, erfüllt wird, ist deren räum-liche Auflösung gegenüber 2D-Sensoren um ein bis zwei Größenordnungen geringer und Farbinformationen sind nicht verfügbar. Die Fusion von 2D- und 3D-Sensoren hat sich jedoch in der jüngsten Vergangenheit als vielversprechend erwiesen, um die Vorteile beider Sensorarten zu vereinen. Im Allge-meinen wird dazu ein binokularer Aufbau mit zwei disjunk-ten Kameras verwendet. Daraus ergeben sich Parallaxen-

effekte und die zeitliche Synchronisierung ist ungenau. Aus diesen Gründen wird in dieser Arbeit eine monokula-re 2D/3D-Kamerasystemplattform mit einem Strahlteiler vorgestellt und systematisch untersucht. Diese Art von Aufbau schafft auf der einen Seite neue Möglichkeiten im Bereich dynamischer Anwendungen und Multi-Beleuchtungsszenarien und auf der anderen Seite werden einige Untersuchungen hinsichtlich systemati-scher Einflüsse auf die tiefenmessung wesentlich verein-facht oder überhaupt erst ermöglicht. In der Arbeit wird zunächst der optische Aufbau insbeson-dere in Hinblick auf die Filtercharakteristika untersucht, woraus sich ein c-Mount-Aufbau mit Bauernfeind-Prisma als Optimum ergibt. Im nächsten Schritt werden die syste-matischen Messabweichungen untersucht, wobei das hier hergeleitete Modell so ausgelegt ist, dass es für Multi-Be-leuchtungsszenarien ebenfalls verwendet werden kann.Eine nähere Untersuchung der räumlichen registrierung zeigt, dass diese unabhängig von der tiefe ist, was den re-chenaufwand und die Fehleranfälligkeit gegenüber binoku-laren Aufbauten signifikant reduziert. In Kombination mit

der präzisen zeitlichen Synchronisierung auf Phasenbild-ebene ergibt dies Vorteile in dynamischen Umgebungen; so können die durch Bewegungen zwischen den Phasenbil-dern induzierten Bewegungsartefakte durch die Verwen-dung der zusätzlichen 2D-Daten erkannt und teilweise eli-miniert werden. Durch den Austausch des 2D-, durch einen weiteren 3D-Sensor, ergibt sich eine monokulare 3D/3D-Kamera, die Bewegungsartefakte prinzipbedingt umgeht. Überschrei-tungen des dem Phasenlaufzeitverfahren inhärenten Ein-deutigkeitsbereichs können mit Hilfe der hochaufgelös-ten Intensitätsbilder besser aufgelöst werden. Schließlich werden Möglichkeiten gezeigt, für bestimmte Anwen-dungsszenarien mit mehreren laufzeitkameras bzw. meh-reren modulierten Beleuchtungen bei Beachten einiger restriktionen reichweiten oder Sichtfelds-optimierte Er-gebnisse zu erhalten.

Gutachter: Prof. O. loffeld und Prof. P. Scharf

PrOMOtIOnEn

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Moll, J.

Strukturdiagnose mit Ultraschallwellen durch Verwendung von piezoelektrischen Sensoren und AktorenUniversität SIegen, 170 Seiten.

Zu den wichtigsten Eigen-schaften bei der Auslegung von technischen Strukturen zählt die Gewährleistung der Betriebssicherheit. Die frühe-ren Entwicklungen im klassi-schen Maschinenbau bzw. im klassischen Bauwesen gingen

nach damaligem Kenntnisstand von konservativen Ausle-gungsstrategien aus, den so genannten safe-life Konzep-ten. Die Vorgehensweise bestand darin, die Bauteile so zu dimensionieren, dass der Versagensfall praktisch nicht ein-treten konnte. Dies führte in vielen Fällen zu einer Über-dimensionierung, was mit einem hohen Strukturgewicht einherging. Mit dem Aufkommen des leichtbaus und einem neuen ökologischen Bewusstsein, musste dieses klassische Kon-zept überdacht werden. Aus diesem Grund entwickelte man das fail-safe Konzept. Hierbei wird nun so ausgelegt, dass auch bei einer Anfangsschädigung oder dem Komplet-tausfall einer Komponente die Gesamtstruktur noch sicher funktioniert und die Betriebssicherheit gewährleistet ist. Bei diesem Auslegungskonzept spielen Überwachungs-

systeme eine wichtige rolle, die unter den Oberbegriffen Structural Health Monitoring (SHM) und non-Destructive testing (nDt) zusammengefasst sind.

In der Vergangenheit hat sich gezeigt, dass sich geführte Ultraschallwellen sehr gut für die Überwachung von dünn-wandigen Strukturen eignen. Angeregt durch piezoelek-trische Aktoren breiten sich die Wellen über eine relativ große Distanz aus und interagieren dabei sensitiv mit ver-schiedenen Schadenstypen, wie z.B. rissen, Delaminatio-nen oder Korrosionsschäden.

Der Fokus der Arbeit liegt auf der Entwicklung und expe-rimentellen realisierung eines autonomen, wellenbasier-ten SHM-Konzepts für isotrope und anisotrope Werkstof-fe. Hierbei ist die Elimination des temperatureffekts für die Schadensdiagnose von entscheidender Bedeutung. Mit Hilfe eines Schadensindikators und statistischen Schwell-werten kann ein Schaden zunächst automatisch detektiert und im Anschluss mittels einer laufzeitanalyse lokalisiert werden. nach der erfolgreichen Bestimmung des Scha-densortes können gezielte Wartungsmaßnahmen einge-leitet werden, so dass die Betriebssicherheit der Struktur

erhalten bleibt. Die Validierung des vorgestellten Über-wachungskonzepts erfolgt mit Hilfe umfangreicher expe-rimenteller Untersuchungen an isotropen wie auch aniso-tropen Platten bei unterschiedlichen Schädigungstypen.

Weiterhin dokumentiert diese Arbeit die Formulierung von zwei neuen Signalverarbeitungsverfahren, die zu einer Ver-besserung der Schadensvisualisierung beitragen: das zeit-veränderliche inverse Filter und das in Kooperation mit der Arbeitsgruppe von Prof. nelles (Universität Siegen) entwi-ckelte statistische Versuchsplanungsverfahren Hilomot-DoE.

Gutachter: Prof. c.-P. Fritzen und Prof. O. nelles

PrOMOtIOnEn

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3D-Kartengenerierung und 3D-Bewegungsschätzung in Echtzeit ausschließlich unter Verwendung visueller Daten sind zwei anspruchsvolle Pro-blemstellungen, mit denen sich der Arbeitskreis zum ma-schinellen Sehen in den ver-

gangenen Jahren intensiv auseinandergesetzt hat. Für die erfolgreiche Erstellung einer 3D-Karte bedarf es der genau-en 3D-Bewegungsschätzung mit Hilfe eines Eingangssen-sors während des Kartierungsprozesses. Bisher waren die meisten Versuche zur Verbesserung der 3D-Bewegungs-schätzung vor allem auf die eingesetzten Software-Algo-rithmen gerichtet. Doch trotz ausgeklügelter Algorithmen wird eine exakte 3D-Bewegungsschätzung weiterhin durch die Grenzen behindert, die durch den verwendeten visuel-len Sensor hervorgerufen werden. Eine einzelne Kamera besitzt nur ein kleines Sichtfeld, was zum Problem der Be-wegungsmehrdeutigkeit im Fall kleiner Bewegungen führt und damit zu ungenauen Bewegungsinformationen und einer schlechten Kartenqualität.Diese Doktorarbeit stellt eine neue Multikamera-Hard-

ware vor, die als ein optisches 3D-Messgerät zur lösung der Probleme der Echtzeit-3D-Bewegungsschätzung und -3D-Kartierung verwendet werden kann. Der Fokus liegt dabei nicht allein auf der Software-lösung, sondern geht einen alternativen Weg zur Verbesserung der Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Bewegungsschätzung, nämlich mit Hilfe eines besseren Hardware-Designs. Das Ergebnis dieser Herangehensweise ist eine Multikameraeinheit (MKE), die auf eine extrem genaue 3D-Bewegungsdetektion ausge-legt ist. Sie besteht aus drei Stereokamerapaaren, die zu einer kompakten, mobilen Hardwareplattform zusammen-gefügt werden. Die einzigartige Kameraanordnung besei-tigt die Mehrdeutigkeit des Bewegungsfehlers, welche man in Einzelkamerasystemen findet, und liefert so eine präzise Bewegungsschätzung. Das erweiterte Sichtfeld dank meh-rerer Kameras ermöglicht außerdem eine einfache, aber genaue Detektion der 3D-Bewegung der Kamera in Echt-zeit ohne komplizierte Berechnungen. Die begleitenden Al-gorithmen, die für die Echtzeit-3D-Bewegungsschätzung benötigt werden, einschließlich der Detektion und des Ab-gleichs von Merkmalen in Echtzeit sowie Algorithmen zur Unterdrückung von Ausreißern, werden ebenfalls für die MKE implementiert. Darüber hinaus wird der FastSlAM-

Netramai, Ch.

Using mobile multi-camera unit for real-time 3D motion estimation and map building of indoor environmentUniversität Siegen, 184 Seiten.

Algorithmus für die simultane Echtzeit-3D-lokalisierung und Kartenerstellung implementiert, um eine einheitli-che Merkmalpunktkarte und den Standort und die Aus-richtung der MKE beizubehalten. Infolge dessen erbringt das vorgestellte 3D-Bewegungsschätzungs- und 3D-Kar-tierungssystem mittels der MKE im Vergleich zu den her-kömmlichen Einzelkamerasystemen eine höhere leistung, was durch Simulationsergebnisse und Experimente unter realen Bedingungen bestätigt wird. Dies gilt besonders für die leistungsfähigkeit der 3D-Bewegungsschätzung, bei der sowohl die rotatorische als auch die translatorische Mehrdeutigkeit des Bewegungsfehlers kompensiert wird. Der wahrscheinlichkeitstheoretische Ansatz für die Gene-rierung von Merkmalpunktkarten zeigt eine hohe Echtzeit-leistung und Konsistenz mit guter Genauigkeit. Schließlich wird die vorgestellte Multikamera-Hardware für 3D-foto-realistische Kartierungsprojekte verwendet, in denen ein hoch-wertiges 3D-Modell, welches die Umgebung korrekt repliziert, in Echtzeit erstellt werden kann.

Gutachter: Prof. H. roth und Prof. A. Sachenko

PrOMOtIOnEn

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Aufgrund der tendenziell zu-nehmenden nachfrage an Systemen zur Unterstützung des alltäglichen lebens gibt es derzeit ein großes Interes-se an autonomen Systemen. Autonome Systeme werden in Häusern, Büros, Museen

sowie in Fabriken eingesetzt. Sie können verschiedene Auf-gaben erledigen, beispielsweise beim reinigen, als Helfer im Haushalt, im Bereich der Sicherheit und Bildung, im Supermarkt sowie im Empfang als Auskunft, weil sie dazu verwendet werden können, die Verarbeitungszeit zu kont-rollieren und präzise, zuverlässige Ergebnisse zu liefern.

Ein Forschungsgebiet autonomer Systeme ist die navigati-on und Kartenerstellung. Das heißt, mobile roboter sollen selbständig ihre Aufgaben erledigen und zugleich eine Karte der Umgebung erstellen, um navigieren zu können.

Das Hauptproblem besteht darin, dass der mobile roboter in einer unbekannten Umgebung, in der keine zusätzlichen Bezugsinformationen vorhanden sind, das Gelände erkun-

den und eine dreidimensionale Karte davon erstellen muss. Der roboter muss seine Positionen innerhalb der Karte be-stimmen. Es ist notwendig, ein unterscheidbares Objekt zu finden. Daher spielen die ausgewählten Sensoren und der register-Algorithmus eine relevante rolle. Die Senso-ren, die sowohl tiefen- als auch Bilddaten liefern können, sind noch unzureichend. Der neue 3D-Sensor, nämlich der „Photonic Mixer Device“ (PMD), erzeugt mit hoher Bildwie-derholfrequenz eine Echtzeitvolumenerfassung des umlie-genden Szenarios und liefert tiefen- und Graustufendaten. Allerdings erfordert die höhere Qualität der dreidimensi-onalen Erkundung der Umgebung Details und Strukturen der Oberflächen, die man nur mit einer hochauflösenden ccD-Kamera erhalten kann. Die Arbeit präsentiert somit eine Exploration eines mobilen roboters mit Hilfe der Kombination einer ccD- und PMD-Kamera, um eine drei-dimensionale Karte der Umgebung zu erstellen.

Außerdem wird ein Hochleistungsalgorithmus zur Erstel-lung von 3D Karten und zur Poseschätzung in Echtzeit unter Verwendung des „Simultaneous localization and Mapping“ (SlAM) Verfahrens präsentiert. Der autonom arbeitende, mobile roboter soll ferner Aufgaben überneh-

Joochim, C.

Autonomous navigation and mapping of mobile robots based on 2D/3D cameras combinationUniversität Siegen, 144 Seiten.

men, wie z.B. die Erkennung von Objekten in ihrer Umge-bung, um verschiedene praktische Aufgaben zu lösen. Die visuellen Daten der ccD-Kamera liefern nicht nur eine hohe Auflösung der textur-Daten für die tiefendaten, son-dern werden auch für die Objekterkennung verwendet. Der „Iterative closest Point“ (IcP) Algorithmus benutzt zwei Punktwolken, um den Bewegungsvektor zu bestimmen. Schließlich sind die Auswertung der Korrespondenzen und die rekonstruktion der Karte, um die reale Umgebung ab-zubilden, in dieser Arbeit enthalten.

Gutachter: Prof. H. roth und Prof. K. Schilling

PrOMOtIOnEn

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the objective in wri-ting this book was to provide an introduc-

tion to navigation based on global navigation satellite sys-tems, to inertial navigation, and to integrated navigation systems. Due to its complementary characteristics, the fusion of redundant measurements from global navigation satellite systems with measurements obtained from acce-lerometers and gyroscopes can result in a remarkable im-proved navigation performance.

the content has been developed based on lectures, presen-tations and talks given in the navigation group which has been founded by the author at the center for Sensor Sys-tems (ZESS), Siegen, Germany. While writing this book, the author had the benefit of comments and suggestions from his colleagues and early stage researchers which is grate-fully acknowledged.

knedlik, Stefan:

Introduction to satellite navigation, inertial navigation and GNSS/INS integration

Habilitation, University of Siegen, 2011

HABIlItAtIOnEn

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Das Zentrum für Sensorsysteme (ZESS) der Universi-tät Siegen ist um eine weitere Auszeichnung seiner wissenschaftlichen Arbeit reicher. Ein Beitrag auf dem Gebiet Navigation and Positioning wurde jetzt auf derJahrestagung des „Institute of Navigation (ION) in Portland, USA, mit dem „Best Paper Award“ ausge-zeichnet.

Explizit wurde die Veröffentlichung „Applying Quater-nion-based Unscented Particle Filter on InS/GPS with Field Experiments“ der IPP-Doktorand(inn)en M.Sc. Junchuan Zhou (Hauptautor), M.Sc. Yuhong Yang, M. Sc. Jieying Zhang und M. Sc. Ezzaldeen Edwan (coau-toren) prämiert.Jedes Jahr sponsert das Institute of navigation welt-weit Elite-Studenten, die eine Veröffentlichung auf höchstem technischen niveau vorstellen. In diesem Jahr vergab die Jury den Geldpreis von 3.000 USDollaran insgesamt neun Studenten. Die Bewertung der Ver-

öffentlichungen wurde von einer internationalen Gut-achtergruppe aus Forschung und Industrie vorgenom-men. Die jährlich stattfindende IOn Konferenz gilt als ein weltweites „Muß“ für alle navigationsexperten.Die GPS/GnSS navigations-Gruppe, die den struktu-rierten Promotionsprogrammen des ZESS angehört, bestätigt mit dieser Auszeichnung ihren Platz in der Gruppe der weltweit führenden Forscher.Stellvertretend für alle beteiligten Autoren nahm M. Sc. Junchuan Zhou den Preis am 23. September 2011 in Portland entgegen.

IPP/MOSES Doktoranden gewinnen Best Paper Award

Universität SiegenPressemitteilung

14.10.2011

PrESSESPIEGEl

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Professor Dr. Otmar loffeld und Dipl.-Ing. thomas Es-peter vom Zentrum für Sensorsysteme (ZESS) sowie Dr.-Ing. Ingo Walterscheid und Dr.-Ing. Andreas Bren-ner des Fraunhofer Forschungsinstituts für Hochfre-quenztechnik und radarverfahren (FHr) sind für die beste wissenschaftliche Veröffentlichung des Jahres 2010 ausgezeichnet worden.

Jedes Jahr würdigt die Informationstechnische Ge-sellschaft (ItG) im VDE (Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e.V.) herausragende wissenschaftliche Veröffentlichungen mit dem ItGli-teraturpreis.In diesem Jahr wurde der Preis an die Wissenschaftler Dr.-Ing. Ingo Walterscheid und Dr.-Ing. Andreas Bren-ner des Fraunhofer-Institut für Hochfrequenzphysik und radartechnik FHr sowie Professor Dr. Otmar lof-

Forscher von ZESS und FHR für herausragende wissenschaftliche Veröffentlichung ausgezeichnet

Dr. Andreas Brenner (FHR), Dipl.-Ing. Thomas Espeter (ZESS), Prof. Dr. Otmar Loffeld (ZESS), Dr. Ingo Walterscheid bei der Preisverleihung in Berlin

feld und Dipl.-Ing. thomas Espeter von der Universität Siegen für ihre Veröffentlichung „Bistatic SAr experi-ments with PAMIr and terraSAr-X – setup, processing and image results“ verliehen. Zudem zeichnete man die Forscher für ihr Engagement im Bereich MInt mit dem MIntEhrenbotschaftertitel aus. Sie bemühen sich seit langem und mit vielen Initiativen um den nachwuchs in Mathematik, Informatik, naturwissenschaften und technik.Die Preisverleihung fand am 21. november 2011 in der Brandenburgischen Akademie der Wissenschaften in Berlin statt.Die Wissenschaftler des ZESS der Universität Siegen und des Fraunhofer FHr beschäftigen sich bereits seit Jahrzehnten mit synthetischen radar Apertur(SAr)-Verfahren zur hochauflösende Abbildung der Erd-oberfläche, unabhängig von tageszeit und Wetter. Die

ausgezeichnete Veröffentlichung befasst sich mit der bistatischen radarbildgebung, bei der sich Sender und Empfänger auf getrennten Plattformen bewegen (in diesem Fall ein Satellit und ein Flugzeug). Dies eröff-net neue Möglichkeiten der Gewinnung von Informa-tion über das beobachtete Areal auf der Erdoberfläche. Im rahmen eines gemeinsamen DFGForschungspaketsdes ZESS und des Fraunhofer FHr wurden dazu neue Verfahren erarbeitet. Mit Hilfe von Experimenten mit dem deutschen radarsatelliten terraSAr-X als Be-leuchter und dem flugzeuggetragenen SAr-Sensor des Fraunhofer FHr PAMIr als Empfänger konnten die Er-gebnisse erfolgreich verifiziert werden.„Die Preisträger haben die enormen Herausforderun-gen durch systematische Analyse der zu erwartenden Performance, durch technische Feinarbeit bei der not-wendigen Systemerweiterung, durch akribische Ver-

Universität SiegenPressemitteilung

29.11.2011

suchsplanung und organisatorische Hochleistungen bei der Versuchsdurchführung durch anschließende hoch-komplexe Signalverarbeitung sowie durch gewissen-hafte Dokumentation der Ergebnisse gemeistert“, so der laudator Professor Dr. Ingo Wolff, Vorstandsvorsit-zender der ItG.Ihre erfolgreiche Zusammenarbeit intensivieren die Universität Siegen und die Fraunhofer Gesellschaft mit einer gemeinsam geschaffenen neuen „Professur für Hochfrequenzsensorik und radarverfahren“ in der na-turwissenschaftlich technischen Fakultät der Universi-tät Siegen, deren Berufung bald zum Abschluss kommt.

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Einen weiteren Erfolg konnte das Internationale Dok-torandenprogramm IPP Sensorics/MOSES des Zen-trums für Sensorsysteme/ZESS verbuchen. Die IPP-Doktorandin cheng Yang erhielt Anfang november den Best Paper Award des Institute of Physics, Bristol/UK im rahmen des internationalen cAnSMArt Workshop in Montreal.

Der Workshop befasste sich mit der Entwicklung von intelligenten Materialien und Strukturen und deren An-wendung im rahmen der zerstörungsfreien Prüfung und der integrierten Strukturüberwachung. Der titel des eingerichten Beitrags von cheng Yang lautet „A novel Piezoelectric Paint Sensor for non Destructive testing“.

cheng Yang fertigt z. Zt. ihre Doktorarbeit im Zentrum für Sensorsysteme (ZESS) der Universität im rahmen des IPP-Doktorandenprogrammes/MOSES an und wird dort von Prof. Dr.-Ing. claus-Peter Fritzen, der auch Koautor des Beitrags war, betreut. Ihr ist es gelungen, einen piezoelektrischen Werkstoff zu entwickeln, mit dem man einen Sensor durch Aufsprühen, Aufstreichen oder Aufkleben einer vorgefertigten flexiblen Folie auf gekrümmte Bauteiloberflächen herstellen kann. Durch diesen Vorgang lassen sich Aufnehmer beliebiger Form gestalten. Der Sensor misst hochfrequente Deformati-onen auf der Bauteiloberfläche, wie sie z.B. bei Schwin-gungs- oder Wellenausbreitungsvorgängen im rahmen der zerstörungsfreien Prüfung auftreten. Die Empfind-lichkeit ihres Sensormaterials konnte Frau Yang in die Größenordnung von klassischen keramischen Piezo-

Universität SiegenPressemitteilung

05.12.2011

IOP Best Student Paper Award für IPP/MOSES-Stipendiatin Cheng Yang

Sensoren steigern und damit diesen Sensortyp für den praktischen Einsatz interessant machen. Entsprechen-de Messmethoden zur Werkstoffcharakterisierung wurden ebenfalls entwickelt.Bei der praktischen Herstellung und Prüfung des Sen-sorwerkstoffes waren an der Universität Siegen au-ßerdem die labore der Professoren Dr. Xian Jiang (Oberflächentechnik), Dr.-Ing. Hans-Jürgen christ (Ma-terialkunde und Werkstoffprüfung) und Dr. reinhard trettin (Bau- und Werkstoffchemie) behilflich, wofür sich die Autoren ausdrücklich bedanken.Der „Best Student Paper Award“ wurde gesponsert von der internationalen Zeitschrift „IOP Journal of Smart Materials and Structures“. Ein unabhängiges Komitee entschied über die eingegangenen Beiträge.Als wichtige Kriterien für die Preisvergabe galten, dass

Der Vorsitzende der Konferenz, Prof. George Akhras, über-reicht Cheng Yang die Urkunde.

der Erstautor/die Erstautorin des Beitrags Student/Studentin (Masterstudent oder Doktorand) sein muss. Weiterhin beurteilte das Komitee den Beitrag nach der wissenschaftlichen Qualität einschließlich einer präg-nanten Darstellung der Arbeit, der Klarheit der Sprache sowie nach Organisation und Vollständigkeit des wis-senschaftlichen Artikels.

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Die zum Wintersemester 2008/09 eingerichtete For-schungsschule „Multi Modal Sensor Systems for Envi-ronmental Exploration and Safety (MOSES)“ am Zen-trum für Sensorsysteme/ZESS der Universität Siegen wird nach erfolgreicher Zwischenevaluation für zwei Jahre als nrWForschungsschule weitergefördert.

Im 2008 von der nordrheinwestfälischen landesregie-rung aufgelegten Programm „nrW-Forschungsschu-len“ werden insgesamt 17 Einrichtungen mit dem Ziel der strukturierten hochqualifizierten Doktorandenför-derung finanziert. Ihnen bescheinigt Wissenschaftsmi-nisterin Svenja Schulze nach der jetzigen erfolgreichen Zwischenevaluation „positive Ergebnisse in Bezug auf das Erreichen der Projektziele“: „Die Forschungsschu-len werden sehr gut von den Studierenden angenom-men.“Die Siegener Forschungsschule MOSES verbindet wis-senschaftliche Forschung auf höchstem niveau mit

exzellenten Bedingungen für die Doktorandenausbil-dung. Die Mitarbeit und Mitgestaltung der Forschung im Bereich der Umweltbeobachtung und -erkundung eröffnet jungen nachwuchsforschern aus allen natur- und ingenieurwissenschaftlichen Disziplinen ein inter-essantes Betätigungsfeld mit attraktiven Karrieremög-lichkeiten.

Das Forschungs- und Ausbildungsprogramm für hoch-qualifizierte Doktoranden wird von vier netzwerkpart-nern getragen:• Zentrum für Sensorsysteme (ZESS), Universität

Siegen (federführend)• Forschungsinstitut für Hochfrequenzphysik und

radartechnik (FHr) der Forschungsgesellschaft für• Angewandte naturwissenschaften der Fraunho-

fer-Gesellschaft in Werthhoven-Wachtberg, For-schungsinstitut für Kommunikation, Information und Ergonomie Fraunhofer FKIE.

Forschungsschule MOSES erfolgreich zwischenevaluiert

Universität SIegenPressemitteilung

17.08.2011

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Seit dem 01. Mai begrüßt das ZESS eine neue Mitar-beiterin. Finanziert durch die chinesische Akademie der Wissenschaften (chinese Academy of Sciences) wird Frau Dr. Xiaolan Qiu von der Graduate University of chinese Academy of Sciences (GUcAS) innerhalb der von Prof. Otmar loffeld geleiteten SAr-Arbeitsgruppe des ZESS an der Forschung und Entwicklung von bis-tatischen SAr-Bildgewinnungsverfahren arbeiten und ihre in china begonnene wissenschaftliche Arbeit auf diesem Gebiet weiter vertiefen.

Mit der chinesischen Akademie der Wissenschaften (Space Microwave remote Sensing System Depart-ment, Institute of Electronics, chinese Academy of Sci-ences, SMArSS-IEcAS) pflegt das ZESS eine intensive inhaltliche Kooperation, die im rahmen eines Gast-wissenschaftleraufenthalts von Prof. loffeld in Beijing, china im März 2011 in Form eines letters of Intents weiter formalisiert wurde: Ein langjähriger, als Post-

Kooperation mit Chinese Academy of Science läuft anPostgraduierte Gastwissenschaftlerin Dr. Xianolan Qui im Zentrum für Sensorsysteme

doktorand arbeitender, wissenschaftlicher Mitarbeiter der SAr-Gruppe, Herr Dr. Yu Wang hat zwischenzeit-lich eine hohe verantwortliche Position in der Akade-mie übernommen. In der Form des komplett von chine-sischer Seite finanzierten Forschungsaufenthalts erhält die SAr-Forschungsgruppe nun wichtige personelle und wissenschaftliche Unterstützung. Frau Qiu hat ein viel beachtetes Buch über bistati-sche SAr-Bildgewinnung geschrieben, in dem die im ZESS entwickelten Verarbeitungsansätze einen breiten raum einnehmen. Grund genug, mit sehr optimisti-schen Erwartung an die gemeinsame wissenschaftliche Arbeit heranzugehen. Wissenschaftlicher Fortschritt entsteht immer in den Köpfen von Wissenschaftlern. Frau Dr. Qiu wird das aus 10 nationen stammende in-ternationale Forschungsteam mit Mitgliedern aus Spa-nien, Deutschland, Pakistan, Iran, china, Palästina, Syrien, Vietnam, Kolumbien und Ghana zweifelsohne bereichern.

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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/

technische Universität GrazInstitut für navigation und Satellitengeodäsie, InAS8010 Graz, Österreichhttp://www.inas.tugraz.at/

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

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/

KOOPErAtIOnEn

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 Universitäten 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

Kooperationen mit Industriepartnern

Hcampus PB

campus H

campus Ar

Paul-Bonatz-Str.

Setz

er Weg

Höl

derli

nstr.

ZESS - Zentrum für SensorsystemeUniversität SiegenPaul-Bonatz-Straße 9-1157076 Siegen

Prof. Dr. Otmar loffeldVorsitzender

Prof. Dr. Michael Weyrichstellv. Vorsitzender

Dr. Ing. Klaus HartmannGeschäftsführer

Dr. rer. nat. Wolfgang Weihsstellv. Geschäftsführer

tel. 0 271.740 33 23 I Fax 0 271.740 233650.90358°n 8.03204°E

info@zess.uni-siegen.dewww.zess.uni-siegen.de

Kontakt & Anfahrt

ZESS - Zentrum für SensorsystemeUniversität SiegenPaul-Bonatz-Straße 9-1157076 Siegen

tel. 0 271.740 33 23 I Fax 0 271.740 2336info@zess.uni-siegen.dewww.zess.uni-siegen.de

Herausgeber

Dr. rer. nat. Wolfgang WeihsProf. Dr.-Ing. habil. Otmar loffeldB. A. Katharina Haut

Redaktion

B. A. Katharina Haut

Layout und Satz

making sensors work...