Modellierung und Simulation / UbiComp
Klausur Fragen SS 2014 4. Semester
Klausur Fragen SS 2014 4. Semester
Kartei Details
| Karten | 132 |
|---|---|
| Sprache | Deutsch |
| Kategorie | Informatik |
| Stufe | Universität |
| Erstellt / Aktualisiert | 08.07.2014 / 08.07.2017 |
| Weblink |
https://card2brain.ch/box/modellierung_und_simulation_ubicomp
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Was ist die grundlegende Funktionsweise eines CCD‐Sensors?
Charge-Coupled Device (CCD) – Ladungsgekoppelte Bauelemente
Kette von Bauelementen, durch die Ladungen transportiert werden können
Pixel wandeln Licht proportional der Lichtmenge in elektrische Signale
Gleichzeitige Belichtung aller Zellen
Auslesen durch schrittweise Schiebung der Ladung in der Kette
Gewöhnlich spaltenweise
Weiteres Schieberegister sammelt Werte und übergibt sie an eine ADC
Welche Artefakte entstehen typischerweise bei CMOS‐Sensoren?
Welche Artefakte entstehen typischerweise bei CMOS‐Sensoren?
Blooming (selten)
Rolling-Shutter-Effekt (Bildzeilen werden nacheinander belichtet)
Versatz
Flattern
Partielle Belichtung
Welche Artefakte entstehen typischerweise bei CCD‐Sensoren?
Smear
Blooming
Welche grundlegenden Verfahren zur optischen Verfolgung von Objekten haben Sie kennengelernt?
Inside-out
Outside-in
Was sind die wesentlichen Vor‐ und Nachteile eines CMOS‐Sensors?
Vorteile:
Einfache Integration weiterer Schaltungen
Kostengünstig
Geringer Strombedarf
Schneller als CCD
Pixel einzeln auslesbar
Weniger empfindlich gegenüber UV- und IR als CCDs
Geringere Anfälligkeit für Bildstörungen in normalen Bildern
Nachteile:
Rolling-Shutter-Effekt
Was sind die wesentlichen Vor‐ und Nachteile eines CCD‐Sensors?
Vorteile:
CCD Kameras besonders geeignet für Machine Vision wegen ihres globalen Shutters
Auch stark in IR und UV-Anwendungen
Nachteile:
o Blooming
o Smearing
Wie werden Farbbilder durch Bildsensoren erfasst?
Sensor wird beleuchtet
Lichteinfall setzt Elektronen frei
Farbe wird in Abhängigkeit der Beleuchtung pro Pixel interpoliert
Welches Muster ist typisch für Farbfilter auf Bildsensoren?
Bayer-Pattern
Wie ergeben sich die Farbwerte eines Pixels bei einem Bayer‐Sensor?
25% Rot
50% Grün
25% Blau
Welche Funktion hat ein optischer Tiefpassfilter?
Entfernt hochfrequente Details (Weichzeichner)
Vermeidung von Farbfehlern (Moiré-Effekte)
Wie hoch ist die tatsächliche Auflösung eines Bildsensors in Vollfarb‐Pixeln?
50-80% der Sensorauflösung
Faustregel 2/3 der Sensorauflösung
Welche Varianten von Tiefenbildkameras haben Sie kennengelernt und wie funktionieren diese?
Stereo-RGB Kameras
Aufnahme von zwei versetzten Bildern
Tiefeninformation aus Unterschied zwischen linken und rechten Bild berechenbar
Time-of-Flight Kameras
Kamera misst pro Pixel die Zeit, die ein Lichtpuls zum Objekt und zurück braucht
Impulslänge entscheidet für Reichweite und Bildrate
Structured-Light Cameras
Projektion von Infrarot-Mustern in die Szene
Entfernung folgt aus Deformation des Musters
Was ist die Grundidee beim Internet der Dinge?
Verknüpfung eindeutig identifizierbarer physischer Objekte (things) mit einer virtuellen Repräsentation in einer Internet-ähnlichen Struktur
Identifikation von Objekten als zentrale technische Grundlage
Welche gängigen Techniken zur Objektidentifikation haben Sie kennengelernt?
Identifikation von Objekten über Marker
Barcodes
QR-Codes
RFID
NFC
Wie viele Daten kann ein Strichcode enthalten?
Linienstärke und –abstand
Nur Ziffern oder auch Buchstaben
Länge ca. 1 Dutzend Zeichen
Wie funktioniert der EAN‐13 Code?
Produktidentifizierung über 13-stellige Zahl
95 gleich breite Bereiche kodieren je ein Bit
Drei unterschiedliche Kodierungen pro Ziffer
Wie viele Daten kann ein QR‐Code enthalten?
Quadratische Matrix aus 11-17 (Micro-QR) bzw. 21-177 Punkten codiert binäre Daten
Markierung in der drei der vier Ecken für Orientierung
Fehlerkorrigierenden Code
Maximale Speicherkapazität 23648 Bit (2956 Bytes)
Was ist die grundlegende Funktionsweise eines RFID‐Tags?
Identifikation von Objekten per Funk (Radio-Frequency Identification)
Tag mit Funktransporter am Objekt
Speichert Informationen über das Objekt
Auslesen der Tags durch entsprechende Lesegeräte
Welche Grundvarianten von RFID‐Tags kennen Sie und wie funktionieren diese?
Passive Tags (kein Strom, wird durch auslesen aktiviert)
Passive chipless Tags (reflektiert Teil der Radiowellen als Fingerabdruck)
Aktive Tags (eigene Stromversorgung, deshalb groß, teuer)
Semiaktive Tags (keine Aktivierung durch Auslesen)
Welche Datenmenge kann in einem RFID‐Tag gespeichert werden?
Passiven Tags: 64Bit - 8KByte (max. 128KByte)
Chipless Tags: 256 Bits
Aktiven Tags: bis 64KByte (auch mit 128KByte)
Sind RFID‐Tags beschreibbar?
Passive Tags werden vom Hersteller beschrieben (Write once, Read many)
Passive Chipless (Read only)
Aktive Tags können beschrieben werden (Read and Write)
Was ist NFC?
Standard zum kontaktlosen Austausch von Daten per Funk (mit passiven RFID-Tags)
Reichweite wenige cm
Datenrate max. 424 KBits/s
Zunehmend insbesondere von neuen Smartphones unterstützt
Aktuelle insbesondere Verwendung für bargeldloses Bezahlen von kleinen Beträgen
Was ist das Global Positioning System? (GPS)
Echtzeit Sattelitengesteuertes Positions- und Navigationssystem
Welche Informationen lassen sich per GPS bestimmen?
Position
Uhrzeit
Blickrichtung
Geschwindigkeit der Bewegungsrichtung
Wie viele Satelliten werden mindestens zur Positionsbestimmung benötigt?
Mind. 3 Satelliten (Trilateration)
Welche Daten senden die Satelliten?
Alle Satelliten sende synchron ihre genaue Position und Zeit (synchronlaufende Atomuhren)
Almanach aller Satellitenbahnen
Ephemeriden Position
PRN (Kennnummer des Satelliten)
Atmosphärische Daten
Welche Funktionen haben die Bodenstationen bei GPS?
Versorgen Satelliten mit aktuellen Daten
Steuern Bahn der Satelliten, falls nötig
Verfolgen der Satelliten
Wie funktioniert die Zeit‐ und Positionsbestimmung per GPS?
Berechnung der Entfernung zwischen Satellit und Empfänger aus Signallaufzeit
Trilateration:
Positionsbestimmung durch Kenntnis der Entfernung zu drei bekannten Punkten
Jede Entfernung (Differenz von Uhrzeit Sender - Empfänger) beschreibt eine Kugelschale um den entsprechenden Punkt
Schnitt zweier Kugelschalen ist ein Kreis
Schnitt dreier Kugelschalen ist ein Punkt
Vierter Satellit erforderlich für genaue Zeitermittlung
Wie genau ist die Positionsbestimmung per GPS?
Typische Genauigkeit 10-20m
Spezielle Techniken bis zu 1cm
Was sind typische Ursache für schlechte Genauigkeit bei GPS?
Extern:
Sonnenaktivität
Signalverzögerung in der Atmosphäre
Störung der Funkübertragung
Direkte Angriffe auf das System
Mehrwegausbreitung und indirekter Empfang
Intern:
Künstliche Verschlechterung der Servicequalität durch Anbieter
Technische Begrenzung der Systems
Warum ist gerade die erste Positionsbestimmung per GPS so schwierig?
Es muss nach Satelliten gesucht werden
Ohne Hilfsinformationen kann die Suche für 4 Satelliten und das Herunterladen des Almanach bis zu einer Stunde dauern
Mit welchen Techniken lässt sich die Genauigkeit von GPS verbessern?
Differential GPS:
Erhöhung der Genauigkeit durch Korrektur von vergleichbaren Basisstationen
Real-time Differential Correction (Direkte Korrektur in speziellen GPS-Empfängern)
Post-processed Differential Correction (Nachträgliche Korrektur gespeicherter Daten)
Assisted GPS:
Beschaffung von Informationen für schnelle Positionsfeststellung aus dem Internet
Welche Arten von drahtlosen Netzwerken haben Sie kennengelernt?
WLAN
IrDA
Mobilfunk
GSM
EDGE
UMTS
HSDPA
LTE
Bluetooth
ZigBee
Was sind typische Datenraten und Latenzen bei Mobilfunknetzen?
GSM (2G): 20 kBits/s || 600-700ms
EDGE (2.5G): 61,85 kBits/s || <150ms
UMTS (3G): 384 kBits/s || 200-300ms
HSDPA (3.5G): 7,2 Mbits/s || 100ms
LTE (4G): 100 Mbits/s || 20ms
Was ist Bluetooth?
Standard für drahtlose Ad-Hoc Netzwerke zwischen Geräten im Nahbereich
Wie funktioniert ein Bluetooth‐Netz?
Verwendet lizenzfreies ISM-Band bei 2,4 GHz
70 verschiedene Kanäle
Kanäle in Timeslots unterteilt
Jedes Gerät hat MAC-Adresse
Verbindungsaufbau:
Inquisitionsphase
Initiator sendet Anfrage
Sichtbare Geräte antworten
Verbindet mit dem Zielgerät
Bei erfolgreichem Verbindungsaufbau:
Initiator wird Master der Verbindung
Ggf. Anforderung zu Paarung
Typischerweise auch Abfrage der verfügbaren Dienste
Bis zu 8 aktive Teilnehmer
Was ist ein Bluetooth‐Profil?
Definieren Bluetooth-basierte Protokolle für bestimmte Anwendungen
Protokolle
Datenformate
Benutzerschnittstelleneigenschaften
Abhängigkeiten von anderen Profilen
Welche Reichweite hat Bluetooth?
Bis zu 100m im Freien
Typische Entfernung wenige Meter
Was ist Bluetooth LE?
LE = Low Energie
Für Anwendungen mit sehr geringem Strombedarf
Verringerte Datenrate
Verringerte Reichweite
Was ist ZigBee?
Standard für Ad-Hoc Netze mit beschränkter Energieversorgung
