Jakob Czekansky
Wissenschaftlicher Mitarbeiter & Lehrkraft für besondere Aufgaben
Mikrocontroller
Eingebettete Systeme
Sensorik & Aktorik
Prototypenentwicklung
Robotik
05.2022 - Bachelor-Thesis - cITIcar
HARDWARE-BASED TESTING OF AN EMBEDDED SYSTEM: A TEST BENCH FOR A SELF-DRIVING MODEL CAR
In Kooperation mit dem Institut für Technik und Informatik
Autor:in:
Sebastian Reuter
Referent:
Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wirt. Ing. Diethelm Bienhaus
Korreferent:
Jakob Czekansky, M.Sc.
Abstract
Development of the cITIcar, a self-driving model vehicle, and its embedded system currently relies on informal manual testing only. This makes it difficult for the frequently changing members of the student-only developer team to both maintain and advance the embedded software. The test bench and accompanying software tools presented in this thesis enable systematic testing, including remote execution and automation. Once integrated into the cITIcar project, this will increase accessibility to the embedded system and thereby increase the potential for student participation while simplifying review and maintenance by more experienced team members.
03.2022 - Bachelor-Thesis - cITIcar
Hardware- und Softwareentwicklung zur Auswertung verschiedener Bussysteme
In Kooperation mit dem Institut für Technik und Informatik
Autor:in:
Benedict Schneider
Referent:
Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wirt. Ing. Diethelm Bienhaus
Korreferent:
Jakob Czekansky, M.Sc.
Abstract
Viele technische Systeme kommunizieren untereinander. Dabei nutzen sie verschiedene Kommunikationswege und Bussysteme, darunter I ² C, CAN und SPI. Die versendeten Nachrichten sind einerseits relevant für die eigentlichen Adressaten, die entsprechend darauf reagieren müssen. Andererseits muss ein Entwickler, der die entsprechenden Systeme konfiguriert, sicherstellen können, dass die richtigen Nachrichten zur richtigen Zeit gesendet werden. Nachrichten, die zur falschen Zeit oder in der falschen Reihenfolge gesendet werden, deuten auf ein Problem im zugrundeliegenden System hin. Die Kenntnis über den genauen Verlauf aller gesendeten Nachrichten kann bei der Fehlersuche behilflich sein. Im Verlauf dieser Bachelorarbeit wurde ein System entwickelt, welches dazu in der Lage ist, Nachrichten, die über die Bussysteme I ² C, CAN und SPI gesendet wurden, in Echtzeit auszulesen und ihren Inhalt auszugeben. Zudem wurde Software entwickelt, die die Grundlage für weitere Analysen bereitstellt. Empfangene Nachrichten können nach verschiedenen Kriterien gefiltert werden. Zudem ist eine Umwandlung der empfangenen Bytes in eine für Menschen besser lesbare Form möglich.
12.2021 - Bachelor-Thesis - cITIcar
Entscheidungsfindung auf Basis von Verhaltensbäumen im Kontext eines autonomen Modellfahrzeugs
In Kooperation mit dem Institut für Technik und Informatik
Autor:in:
Johannes Greising
Referent:
Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wirt. Ing. Diethelm Bienhaus
Korreferent:
Jakob Czekansky, M.Sc.
Abstract
Verhaltensbäume werden schon längst nicht mehr nur im Bereich der Computerspielentwicklung genutzt. Mitterweile werden sie auch viel in der Robotik und künstlichen Intelligenz benutzt, aber machen sie auch im Bereich eines autonomen Modellfahrzeugs im Maßstab 1:10 - dem cITIcar - Sinn? Diese Frage versucht diese Thesis zu beantworten. Dafür werden die lange etablierten Zustandsautomaten mit Verhaltensbäumen verglichen. Dabei werden verschiedene Ansätze verfolgt, bevor dann 7 herausgearbeitete Bewertungskriterien auf die Verhaltenslogik des cITIcars angewandt werden. Dabei kommt heraus, dass die Entscheidung, die Verhaltenslogik auf Verhaltensbäume umzustellen, die richtige war, aber die Verhaltensbäume noch nicht gut genug umgesetzt wurden.
09.2021 - Bachelor-Thesis - cITIcar
Verbesserungsansätze für die Hough-Transformation in Bezug auf Performance und Qualität
In Kooperation mit dem Institut für Technik und Informatik
Autor:in:
Mirko Lehn
Referent:
Prof. Dr. Klaus Rinn
Korreferent:
Jakob Czekansky, M.Sc.
Abstract
1962 wurde für Paul V.C. Hough ein Patent für ein mathematisches Verfahren der Erkennung geometrischer Figuren erteilt. Dieses Verfahren - genannt Hough-Transformation - dient dem Finden von Strukturen wie Linien, Kreisen oder Ellipsen in einem Bild. Durch die vielfältigen Nutzungsmöglichkeiten, vor allem als Algorithmus im Bereich der Computer basierten Bildverarbeitung, kommt die Vorgehensweise regelmäßig zum Einsatz. Durch die automatische Informationsgewinnung aus einem Bild können vielfältige Nutzen gezogen werden. Beispielsweise ist die Anwendung bei Texterkennung, im Autonomen Fahren oder der Unterstützung sehbehinderter Menschen nützlich bis unverzichtbar. Bei einigen Anwendungsfällen handelt es sich um kritische Situationen, beispielsweise, weil zeitliche Verzögerungen nicht tolerierbar sind, oder weil fehlerhafte Ergebnisse schwerwiegende Konsequenzen haben könnten. Hier stellt ein rechenaufwendiger Algorithmus ein Problem dar und kann dazu führen, dass qualitative oder zeitliche Anforderungen nicht adequat erfüllt werden. Aus diesem Grund wurden im Laufe der Zeit vielfältige Verfahren zur Verbesserung des Hough-Algorithmus erarbeitet. Eine Vielzahl wissenschaftlicher Publikationen beschäftigt sich mit der Verbesserung der Performance. Zusätzlich wurde der Hough-Algorithmus zur Erkennung von zuvor nicht mit abgedeckten Formen (beispielsweise Dreiecken) oder sogar von dreidimensionalen Körpern in einem Raum weiterentwickelt. Auch wurde sich mit einer präziseren Formfindung auseinander gesetzt. Diese wirkt sich zwar nicht zwangsläufig direkt positiv auf die benötigte Rechenzeit aus, allerdings können exakte Ergebnisse in der weiteren Verarbeitung eine insgesamte Beschleunigung der Rechenprozesse zur Folge haben. Sollen beispielsweise gefundene Formen nach gewissen Vorgaben gefiltert werden, kann die Anzahl der Rechenschritte mit wenigen, genauen Ergebnissen deutlich verringert werden. Optimierungen des Hough-Algorithmus können also zu schnelleren, sowie präziseren Ergebnissen führen und erweitern dessen Einsatzgebiete. Vor allem bei kritischen Systemen kann jede Verbesserung einen entscheidenden Unterschied bewirken.
09.2021 - Bachelor-Thesis - Quantencomputing
QuantumCube - A webapplication visualizing quantum algorithms in a 3D-Model
In Kooperation mit dem Institut für Technik und Informatik
Autor:in:
Richard Leichner
Referent:
Prof. Dr. Bettina Just
Korreferent:
Jakob Czekansky, M.Sc.
Abstract
Die Forschung im Bereich des Quantencomputings feierte in den letzten Jahren große Erfolge und erregte damit die Aufmerksamkeit zahlreicher Unternehmen, Forscher und Regierungen. Als interdisziplinärer Forschungszweig zwischen Physik und Informatik wird Quantencomputing von vielen Interessierten als komplexes und schwer erschließbares Thema wahrgenommen. Allerdings hat Prof. Bettina Just mit ihrer Veröffentlichung "Quantencomputing kompakt" einen Versuch unternommen die Grundlagen des Quantencomputings möglichst voraussetzungsfrei und einfach zu erklären. Zur Veranschaulichung ihrer Erklärungen hat sie eine Visualisierungsmöglichkeit entwickelt Quantenregister der Größen mithilfe eines n-dimensionalen Würfels darzustellen. In dieser Arbeit soll beschrieben werden, wie das von Just entwickelte Modell dazu genutzt werden konnte, um QuantumCube zu entwickeln. QuantumCube ist eine Webanwendung, die visuell ansprechend, leicht verständlich und für ein breites Publikum im Internet zugänglich ist. In dieser Applikation sollen Nutzer Quantenregister simulieren und einfache Quantenalgorithmen auf dem Register ausführen können, um die Grundlagen des Quantencomputings handlungsorientiert zu erlernen. Im Rahmen dieser Arbeit wird der nutzerorientierte Entwicklungsprozess von QuantumCube geschildert und evaluiert. Dabei wird dargestellt, wie die Anforderungen für die Funktionalitäten des Programms erhoben, welche Technologien zur Umsetzung ausgewählt und wie die Nutzeroberfläche und Softwarearchitektur konzipiert wurden, um diese Anforderungen umzusetzen. Abschließend wird die Realisierung der Programmlogik und der Nutzeroberfläche dargestellt und die Ergebnisse des Projekts bewertet. Aufbauend auf den erzielten Ergebnissen werden Schritte zur Weiterentwicklung der Applikation aufgezeigt und in einem Ausblick mögliche Entwicklungsperspektiven der Anwendung aufgezeigt.
09.2021 - Bachelor-Thesis - Forschungsprojekt
Entwicklung eines Prototyps zur Erfassung von Tiefeninformationen unter Verwendung von Stereoskopie
In Kooperation mit dem Institut für Technik und Informatik
Autor:in:
Sophie-Charlotte Ross
Referent:
Prof. Dr. Klaus Rinn
Korreferent:
Jakob Czekansky, M.Sc.
Abstract
Illegaler Holzhandel ist ein Problem globalen Ausmaßes. "Der Anteil des illegalen Holzeinschlags an der globalen Holzproduktion wird auf 20 bis 40 Prozent geschätzt, der wirtschaftliche Schaden durch entgangene Einnahmen für Staat, Industrie und Waldbesitzer auf 15 Milliarden US-Dollar pro Jahr"[1]. Ein großes Problem der Bekämpfung illegalen Holzhandels ist die Unterscheidung von illegal und legal geschlagenem Holz. Allerdings gibt es in der Dendrochronolgie Ansätze zur Identifizierung von Holzalter und -herkunft, da über eine genaue Analyse der Holzfarbe und der Jahresringe Aussagen über die Herkunft von Hölzern getroffen werden können. Diese Untersuchungen können dazu genutzt werden, die Qualität von Kontrollen zu stärken, um wirksam gegen den illegalen Holzhandel vorzugehen [2]. Diese Arbeit ist in Anlehnung an ein Forschungsprojekt entstanden, welches sich mit der Entwicklung einer Messmethodik zur schnelleren Erfassung von Holzart und -herkunft anhand von Jahrring- und Farbanalysen beschäftigt. Der erste Schritt zur Entwicklung dieser Messmethodik besteht in der Übersichtaufnahme des zu analysierenden Objekts. Diese Arbeit macht es sich daher zum Ziel einen Prototyp zur Erfassung von 3D-Daten zu entwickeln und zu evaluieren. Hierzu wurde auf Basis von passiver Stereoskopie und mithilfe der Opensource Programmbibliothek OpenCV ein Kamera-Prototyp entwickelt, der Tiefendaten ermitteln und in Form einer Tiefenkarte abbilden kann. Im Rahmen dieser Arbeit wird der Entwicklungsprozess dieses Kameraprototypen geschildert. Dabei wird beschrieben, wie funktionale und nicht-funktionale Anforderungen an den Prototyp erhoben wurden. Diesen Anforderungen folgend wird beschrieben, wie ein Konzept für die Erfüllung erhobener Anforderungen erarbeitet und schließlich umgesetzt wurde. Um zu prüfen, ob ein kommerzielles, passives Stereokamerasystem für den Anwendungsfall geeignet ist, wird außerdem ein solches System mithilfe eines speziell, konstruierten Prüfobjekts getestet und die Testdaten ausgewertet, um genannte Eignung zu prüfen. Anschließend werden die Ergebnisse zusammengefasst und auf Grundlage der Anforderungen im Fazit bewertet. In einem abschließenden Ausblick werden Weiterentwicklungsmöglichkeiten des Prototypen aufgezeigt, die die Performanz des Prototypen in Bezug auf den Anwendungsfall der Farb- und Jahrringanalyse verbessern können.
05.2021 - Bachelor-Thesis - cITIcar
Eine feldorientierte BLDC Motor Ansteuerung für ein autonomes Modellfahrzeug
In Kooperation mit dem Institut für Technik und Informatik
Autor:in:
Christof Zander
Referent:
Prof. Dr. Klaus Rinn
Korreferent:
Jakob Czekansky, M.Sc.
Abstract
Das Citicar ist ein Modellfahrzeug, das für den Hochschulwettbewerb Carolo-Cup entwickelt wird. Im Laufe dieser Entwickelung wird die Hard- und Software dieses Fahrzeugs stetig verbessert. Eins dieser Komponente ist der Antrieb. Diese Arbeit untersucht die Begründung für einen neuen Elektromotor und beschreibt die neue Motorsteuerung, die für diesen Motor entwickelt wurde. Somit soll die Funktionsweise dieser Motorsteuerung für Zukünftige Weiterentwickelungen bekannt sein. Zusätzlich wird das Verhalten der neuen Motorsteuerung im Modellfahrzeug untersucht und mögliche Verbesserungen vorgeschlagen.
03.2021 - Bachelor-Thesis - cITIcar
Modellierung der Hardware- und Software-Architektur eines autonomen Modellfahrzeugs in AADL
In Kooperation mit dem Institut für Technik und Informatik
Autor:in:
Paul Fugmann
Referent:
Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wirt. Ing. Diethelm Bienhaus
Korreferent:
Jakob Czekansky, M.Sc.
Abstract
Das schnelle Wachstum von sowohl der Komplexität als auch des Umfangs von System-Engineering-Projekten stellt für Entwickler ein Problem dar, welches nur durch immer höhere Abstraktionen der Maschinensprache bewältigt werden kann. Modellierungssprachen bilden dabei eine höhere Abstraktionsebene als die Hochsprachen oder die Objektorientierung. Eine dieser Modellierungssprachen ist AADL, welche laut den Entwicklern auf sicherheitskritische Echtzeitsysteme spezialisiert ist. Diese Arbeit befasst sich mit den Konzepten von AADL, mithilfe derer Modelle in dieser Sprache erstellt werden, und den Analysen, welche der Optimierung des Systems dienen sollen. Der Modellgegenstand, der dabei zugrunde liegt, ist ein autonomes Modellfahrzeug, dessen Hardware- und Software-Architektur bereits modelliert und analysiert wurde. Auf dieser Grundlage wird auf die verwendeten Konzepte eingegangen, eine Reihe von Aussagen zur Belastung verschiedener Aspekten des Fahrzeugs getroffen und eingeschätzt, wie gut sich AADL für diese Art von System eignet.
09.2020 - Bachelor-Thesis - cITIcar
Ein Test-System für Continuous Integration auf Embedded Systems
In Kooperation mit dem Institut für Technik und Informatik
Autor:in:
Clemens Haefke
Referent:
Prof. Dr. Klaus Rinn
Korreferent:
Jakob Czekansky, M.Sc.
Abstract
Durch den digitalen Wandel in den letzten Jahren, haben sich die Ansprüche an die Softwareentwicklung deutlich geändert. So muss Software schnell, qualitativ hochwertig und kundenorientiert entwickelt werden. Der verschnellerte Entwicklungsprozess bringt aber auch eine erhöhte Fehleranfälligkeit mit sich. Um Fehlern hierbei vorzubeugen, bietet die agile Softwareentwicklung u.a. Methoden wie die Continuous Integration. Continuous Integration ist dafür gedacht, den Entwicklungsprozess zu verbessern, indem, nach dem Hinzufügen einer Änderung, der Softwarecode automatisiert gebaut und getestet wird. So wird sichergestellt, dass die Grundfunktionalitäten nach einer Änderung erhalten bleiben und sich durch die Integration keine Fehler einschleichen. Gleiches kann natürlich auch bei der Entwicklung eingebetteter Software verwendet werden, doch gestaltet sich hier der Prozess der Continuous Integration und generell das Testen eingebetteter Systeme, duch den Aspekt der engen Verbindung von Hardware und Software, ein wenig komplizierter. Diese Arbeit handelt von einem Test-System bzw. einem Aufbau, um Continuous Integration auf eingebetteten Systemen, mit dem Schwerpunkt auf dem automatisierten und hardwarebezogenen Testen, zu realisieren.
09.2021 - Bachelor-Thesis - Quantencomputing
Entwicklung eines Programms zur Simulation und Visualisierung von Quantenschaltkreisen
In Kooperation mit dem Institut für Technik und Informatik
Autor:in:
Philipp Anthony Rangel Martinez
Referent:
Prof. Dr. Bettina Just
Korreferent:
Jakob Czekansky, M.Sc.
Abstract
Durch den kürzlichen Fortschritt bei der Entwicklung von Quantencomputern, unter anderem durch Googles Beanspruchung der Quantenüberlegenheit 1, hat Quantencomputing an Aufmerksamkeit gewonnen. Allerdings ist Quantencomputing für die meisten Informatiker Neuland und das Thema nur schwer zugänglich für interessierte, da sich die quantenmechanischen Vorgänge stark von der Art herkömmlicher Computer zu rechnen unterscheiden. In Zukunft werden Quantencomputer, sollten die derzeit bestehenden Probleme gelöst werden, herkömmliche Computer in vielen Bereichen übertreffen. Wenn das geschieht, werden Informatiker benötigt, die Quantencomputer zu nutzen wissen. Für einen einfachen und verständlichen Einstieg in das Thema wurde von Professor Dr. Bettina Just eine anschauliche Methode zur Visualisierung von Quantenregistern und Quantenschaltkreisen entwickelt. Diese wird derzeit ausschließlich in Ihrem veröffentlichten Buch und der Vorlesung zum Quantencomputing an der THM verwendet. Daher stellt sich die Frage, wie man Interessierten eine Plattform bieten kann, wo diese sich praktisch mit dem Modell zur Visualisierung beschäftigen können, um so einen besseren Einstieg ins Quantencomputing zu finden. Die Lösung dieses Problems bietet ein Programm, das Interessierte auf ihren Rechnern nutzen können, um sich mit den Grundlagen von Quantenregistern und Quantenschaltkreisen vertraut zu machen. Dazu muss das Programm ein Quantenregister simulieren, welches gleichzeitig mit Hilfe der Methode zur Visualisierung graphisch dargestellt wird. Zusätzlich muss es die elementaren Operationen auf einem Quantenregister in Form von Messen und dem Anwenden von Gattern ermöglichen. Mit dem entwickelten Programm konnte das Modell in eine experimentelle Umgebung gebracht werden, in der sich Interessierte mit den Regeln des Quantencomputing vertraut machen können.