Aktuelle Forschungs- und Entwicklungsprojekte am Fraunhofer IIS und dem Lehrstuhl Informationstechnik

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1 Aktuelle Forschungs- und Entwicklungsprojekte am Fraunhofer IIS und dem Lehrstuhl Informationstechnik Automation Valley Nordbayern 17. Kooperationsforum Trends in der industriellen Bildverarbeitung am 15. Mai 2013 Prof. Albert Heuberger Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS Fraunhofer IIS 1

2 Fraunhofer-Gesellschaft Joseph von Fraunhofer ( ) n Entwicklung neuer Glassorten, verbesserte Glasherstellung Neue Bearbeitungsverfahren für Linsen Optische Geräte: Fernrohre, Lupen, Mikroskope n Unternehmer Leiter und Teilhaber einer Glashütte Marktgerechte Produkte höchster Qualität Europaweite Vermarktung der»fraunhofer- Produkte«n Forscher Werkstoffwissenschaftliche Forschung über Glas Entdecker der»fraunhofer-linien«im Sonnenspektrum Mitglied der Bayerischen Akademie der Wissenschaften Fraunhofer IIS 2

3 Fraunhofer in Deutschland n Gegründet 1949, Zentrale in München n 66 Institute und selbstständige Forschungseinrichtungen an mehr als 50 Standorten in D n Mehr als Mitarbeiter n Budget: 1,9 Milliarden Aachen n ca. 70% der Finanzierung durch Vertragsforschung und öffentliche Projekte n Repräsentanten in Europa, Asien und USA Bremerhaven Oldenburg Oberhausen Paderborn Dortmund Duisburg Kassel Schmallenberg St. Augustin Euskirchen Wachtberg Bremen Itzehoe Lübeck Hamburg Rostock Hannover Berlin Potsdam Teltow Braunschweig Magdeburg Cottbus Halle Schkopau Leipzig Dresden Erfurt Jena Freiberg Gießen Chemnitz Ilmenau Darmstadt Würzburg Bayreuth Erlangen Bronnbach St. Ingbert Kaiserslautern Fürth Nürnberg Saarbrücken Karlsruhe Ettlingen Stuttgart Straubing Freising Freiburg Augsburg Garching München Oberpfaffenhofen Kandern Prien Efringen- Holzkirchen Kirchen Fraunhofer IIS 3

4 Fraunhofer-Institutsverbünde Mikroelektronik (gegr. 1996) n CNT, Dresden n IPMS, Dresden n EMFT, München n ISIT, Itzehoe n ENAS, Chemnitz n IZM, Berlin n ESK, München n FHR, Wachtberg n HHI, Berlin Gäste: n IAF, Freiburg n FOKUS, Berlin n IIS, Erlangen n IDMT, Ilmenau n IISB, Erlangen n IZFP, Saarbrücken n IMS, Duisburg Werkstoffe, Bauteile MATERIALS (gegr. 1997) n EMI, Freiburg n IWES, Bremerhaven n IAP, Potsdam n IWM, Freiburg, Halle n IBP, Stuttgart, Holzkirchen n IZFP, Saarbrücken n ICT, n LBF, Darmstadt n IFAM, Bremen n WKI, Braunschweig n IKTS, Dresden, Hermsdorf Gäste: n ISC, Würzburg n ITWM, Kaiserslautern n ISE, Freiburg n IGB, Stuttgart n ISI Karlsruhe n IIS, Erlangen Produktion (gegr. 1998) n IFF, Magdeburg n IML, Dortmund n IPA, Stuttgart n IPK, Berlin n IPT, Aachen n IWU, Chemnitz n UMSICHT, Oberhausen Light & Surfaces (gegr. 1998) n FEP, Dresden n ILT, Aachen n IOF, Jena n IPM, Freiburg Life Sciences (gegr. 2000) n IBMT, St. Ingbert n IGB, Stuttgart n IME, Schmallenberg, Aachen Institute außerhalb von Verbünden: MOEZ, INT, PYCO, IRB n ITEM, Hannover n IVV, Freising n IZI, Leipzig n IST, Braunschweig n IWS, Dresden IUK-Technologie (gegr. 2001) n FIT, St. Augustin n ITWM, Kaiserslautern n FOKUS, Berlin n MEVIS, Bremen n IAIS, St. Augustin n SCAI, St. Augustin n IAO, Stuttgart n SIT, Darmstadt n IDMT, Ilmenau n FKIE, Wachtberg n IESE, Kaiserslautern n AISEC, Garching n IGD, Darmstadt Gäste: n IOSB, Karlsruhe, Ettlingen n ESK, München n ISST, Dortmund n HHI, Berlin n IIS, Erlangen Verteidigungs- u. Sicherheitsforschung VVS (gegr. 2002) n INT, Euskirchen Gäste: n EMI, Freiburg n IAF, Freiburg n FHR, Wachtberg n IIS, Erlangen n FKIE, Wachtberg n HHI, Berlin n n IOSB, Karlsruhe n ISI, Karlsruhe Fraunhofer IIS 4

5 Fraunhofer weltweit Glasgow Göteborg San José East Lansing Plymouth London Boston Cambridge Newark Maryland Brüssel Paris Bozen Porto Wrocław Wien Budapest Graz Thessaloniki Kairo Dubai Peking Seoul Sendai Tokio Bangalore Selangor Singapur Salvador Campinas São Paulo Jakarta Santiago de Chile Sydney Niederlassung Center Project Center / Strategische Kooperation Repräsentanz- / Marketingbüro Senior Advisor Fraunhofer IIS 5

6 Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS Gegründet 1985, Mitarbeiter: ca. 780, Budget: ca. 100 Mio. Standorte in Erlangen, Nürnberg, Fürth, Dresden, Ilmenau, Würzburg, Bamberg,... Fraunhofer IIS

7 Standorte des Fraunhofer IIS in der Europäischen Metropolregion Nürnberg Kornberg Erlangen- Nürnberg Quelle: Metropolregion Nürnberg Geo Fraunhofer IIS 7

8 Standort Erlangen-Tennenlohe Stammhaus des Fraunhofer IIS n Sitz der Institutsleitung, Verwaltung, Stab, IT-Service, PR, Technischer Dienst,... n 11 Fachabteilungen n Sitz des Lehrstuhls Informationstechnik LIKE Forschungsschwerpunkte n Audio und Multimedia, Funkkommunikation, Nachrichtentechnik/Digitaler Rundfunk, IC-Design und integrierte Sensorik, Bildsysteme n Ca. 430 Mitarbeiter am Standort Besondere technische Ausstattung n Antennenmesshalle, Schalllabor, Digitales Kino, Campusradio bit express,... Fraunhofer IIS 8

9 Forschung und Entwicklung am Standort NOP Nürnberg mit dem Test- und Anwendungszentrum L.I.N.K. n Seit 2002 ist das Fraunhofer IIS im Nordostpark in Nürnberg vertreten n Aktuell ca. 170 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter in den Räumen der Forschungsfabrik n Forschungsschwerpunkte und Dienstleistungsangebote: n Technologien zur Lokalisierung, eingebettete Kommunikation n Logistikanwendungen, Versorgungsketten (Supply Chain Services) n Energie-Harvesting und Energie- Management Fraunhofer IIS 9

10 Forschung und Entwicklung am Standort NOP Nürnberg mit dem Test- und Anwendungszentrum L.I.N.K. n n Ergänzt durch qm großes Freigelände mit LKW-tauglichem Rundkurs Fraunhofer IIS 10

11 Institutsteil Entwurfsautomatisierung EAS in Dresden Forschungsschwerpunkte n Entwicklung von Methoden und Werkzeugen für den Systementwurf in Mikroelektronik, Mechatronik und Automatisierungstechnik n ASIC-Entwurf und Entwicklung von integrierten Sensoren und Messsystemen n Ca. 90 Mitarbeiter am Standort Ausstattung n Breites Spektrum an Entwurfssoftware n Messtechnik zur Sensorcharakterisierung Wichtige Repräsentanz des Fraunhofer IIS am Mikroelektronikstandort Dresden Fraunhofer IIS 11

12 Standort Ilmenau Projektgruppe DVT Drahtlose Verteilsysteme/Digitaler Rundfunk und Fachgebiet an der TU Ilmenau (Prof. Del Galdo) Themenschwerpunkte n Test und Entwicklung von»satcom on the Move«- Systemen n Test und Entwicklung für MIMO-Kommunikationssysteme mittels EM-Wellenfeldsynthese (OTAinVEE) n Kanalmessung, -modellierung und -charakterisierung Anbindung an die TU Ilmenau n Institut für Informationstechnik (InIT) n Thüringer Innovationszentrum Mobilität (ThIMo) Besondere technische Ausstattung n FORTE: Facility for Over-the-air Research and Testing n 50 Meter hoher Antennenturm n Geschirmte HF-Messkammer n Motion Emulator FORTE: Laborgebäude und Antennenturm Motion-Emulator mit Antenne Fraunhofer IIS 12

13 Einige Projektbeispiele aus den Forschungsfeldern Fraunhofer IIS 13

14 Forschungsfeld Audio/Multimedia n Ende der 70er Jahre, Anfang der 80er Jahre Idee von Prof. Seitzer, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Musiksignale über Telefonleitungen zu übertragen? 2 x 64 kbit/s 2 ISDN-B Kanäle Unkomprimierte Musik: 1411 kbit/s würde ca. 22 Telefonleitungen belegen Prof. Dr.-Ing. Dieter Seitzer Gründungsdirektor des Fraunhofer IIS 1979: Erste Hardware für die Audiocodierung am Lehrstuhl für Technische Elektronik, Universität Erlangen-Nürnberg Fraunhofer IIS 14

15 Forschungsfeld Audio/Multimedia Über 20 Jahre Audiocodierung Fünf Generationen erfolgreicher Audio Codecs xhe-aac, -ELDv2 MPEG Surround, AAC-ELD HE-AAC, HE-AACv2 AAC, AAC Low Delay mp3, mp3 Surround, mp3hd Fraunhofer IIS 15

16 Forschungsfeld IC-Design und integrierte Sensorik n Entwurf integrierter Schaltungen: analoge und digitale ASICs, Hochfrequenz-ICs, magnetische & optische Sensorsysteme, CMOS Bildsensoren, Analog-/digital Konverter Fraunhofer IIS 16

17 Mikrochips für leitungsgebundene, schnelle Datenübertragung für Fahrzeuge und Industriesysteme n Wiedergabe von Videoquellen (nach APIX-Standard) n Fahrerassistenz- und Fahrerinformationssysteme z. B. Nachtsichtunterstützung, Spurhalte-, Spurwechselassistenzsysteme, Rückspiegel- und Seitenspiegelersatz, Bildschirme für die Beifahrer,... Fraunhofer IIS 17

18 Mikrochip mit dreidimensionaler Magnetfeldsensorik n 3D-Magnetfeldsensor auf einem Standard-CMOS-Prozess in einem ASIC zusammen Anwendung: z. B. für Waschmaschinen n Sensor erfasst die Auslenkung und Bewegungen einer Wäschetrommel n Verbesserte Benutzerinformation, optimierte Steuerung von Waschmittel- und Wasserdosierung,»Wäschewaage«,... n Eingebaut in der neuen Logixx-Waschmaschinenserie von Bosch-Siemens- Hausgeräte n Bereits mehrere Mio. Chips verbaut Fraunhofer IIS 18

19 Energy Harvesting und Energiemanagement n Entwicklung integrierter Energieversorgungen für autonome, drahtlose Sensoren, Sensornetzwerke, mikroelektronische Etiketten,... n Energiegewinnung über Vibrationen oder Temperaturunterschiede n Bewegungswandler (piezo-elektrisch, elektro-dynamisch) n Thermogenerator: elektrische Energie aus Temperaturunterschieden n Fraunhofer IIS DC-DC converter ASIC arbeitet ab 20 mv n Anwendungen: n Sensors and tracking systems at vehicles n Structural health monitoring of buildings, bridges n Condition Monitoring at motors, engines and plants n Medical sensors at the human body Fraunhofer IIS 19

20 Forschungsfeld Kamerasysteme n Professionelle Kameraentwicklungen für Industrie, Medizintechnik, TV und Rundfunk, Automobilindustrie, Sicherheit und Forschung n Panorama- & Multiview-Kamerasysteme, Hochgeschwindigkeitskameras n Kognitive Kamerasysteme mit integrierter Bildverarbeitung Szenenanalyse) Fraunhofer IIS 20

21 Kameraplattform INCA n Die intelligente Kamera INCA, eine komplette Bildverarbeitungsplattform, liefert die Bildaufnahmen für die Filmproduktion»The Way of the Eagle«n Von Terra Mater Factual Studios aus dem Red Bull Media House n Mehrere Jahre Drehzeit, Filmstart geplant für 2014 Bild: Terra Mater Factual Studios Fraunhofer IIS 21

22 Forschungsarbeiten zur Gesichtsdetektion und Analyse der Stimmungslage (Kognitive Kamerasysteme) SHORE - Sophisticated High-speed Object Recognition Engine n Schnelle Detektion des Gesichts, der Augen, Nase und des Mundes Fraunhofer IIS 22

23 Gesichtsdetektion und -analyse mit SHORE TM Beispielvideo SHORE bestimmt Alter, Geschlecht und den Gesichtsausdruck (Emotion) nur mit Hilfe einer gewöhnlichen Webcam Fraunhofer IIS 23

24 Forschungsfeld Nachrichtentechnik/Digitaler Rundfunk n Entwicklungen für Empfangsgeräte, professionelle Mess- und Testgeräte (Monitoring Receiver, Signalgeneratoren) n Beiträge zu neuen Rundfunkstandards (DVB-SH, ESDR (ETSI Satellite Digital Radio), n Contentserver (DRM, DAB/DAB+) Fraunhofer IIS 24

25 Forschungsfeld Medizintechnik n Computer-Assistierte Mikroskopie zur automatisierten Blutzellenanalyse, Miniaturisierte medizinische Sensorik (Atmung, Sauerstoffsättigung, EKG, Sturzerkennung), Fitness-Shirt, Assistenzsysteme,... Fraunhofer IIS 25

26 Forschungsfeld Medizinische Sensorik Intelligente Assistenzsysteme n Miniaturisierte Sensorund Funksysteme und RFID-Module zur Erfassung von Vitalparametern n Drahtlose Datenübertragung (GSM, Bluetooth, ZigBee) erlaubt Telemonitoring n Intelligente Textilien mit Sensoren messen Atmungsfrequenz, Herztätigkeit, Sauerstoffsättigung und erfassen Bewegungen und erkennen Stürze Respiration Oxygen saturation SpO 2 Electrocardiogram ECG Motion detection Fraunhofer IIS 26

27 Forschungsfeld Funkkommunikationsysteme, Lokalisation, Navigation n Antennenentwurf und -vermessung, Hochfrequenzsysteme, Satellitenkommunikation n Kommunikation, Logistikanwendungen, RFID-Technik, drahtlose Sensornetzwerke, GPS- und WLAN-Ortung, Echtzeitlokalisierung Fraunhofer IIS 27

28 Lokalisierungs- und Navigationstechnologien für nahtlose Abdeckung im In- und Outdoor-Bereich Kombination verschiedener Technologien auf einem Endgerät, z.b. n Empfängertechnologien für GPS, GLONASS, Galileo n Lokalisierung in WLAN-, DECT- und Sensornetzen n Ortungssystem n Inertialsensorik zur Stützung und Verbesserung der Positionsbestimmung (z. B. zur Schrittdetektion, Navigation von autonomen Fahrzeugen/Robotern) Fraunhofer IIS 28

29 Funkortung und -kommunikation Projektbeispiel: Zwei Systeme für den Sport n Lokalisierung von Personen und Objekten in Echtzeit mit hoher Genauigkeit n GoalRef von der Fifa zugelassene Torlinientechnologie n Ball mit passiven Spulen kein Chip, keine Batterien n Torrahmen mit integrierten Antennen n RedFIR Echtzeit-Ereigniserkennung mit Echtzeit-Positionsdaten zur Spielanalyse und Trainingsoptimierung n Sender für Spieler und Ball, Empfänger, Fraunhofer IIS 29

30 GoalRef Unsere Torlinientechnologie 05. Juli 2012: Freigabe von GoalRef durch die FIFA n Torerkennung in Echtzeit, auch bei Verdeckung des Balles n Technologie: n Ball mit passiven Spulen kein Chip, keine Batterien (Entwicklung zusammen mit Select A/S, adidas) n Torrahmen mit integrierten Antennen n Schiedsrichteruhr n 6+ Uhren werden unterstützt, sichere drahtlose Kommunikation n Torentscheidung sehen nur die Schiedsrichter Bild: Torszene aus dem Endspiel der FIFA Clubweltmeisterschaft 2012 in Japan Fraunhofer IIS 30

31 Forschungsfeld Zerstörungsfreie Materialprüfung n 3D-Computertomographie mit Röntgentechnik zur zerstörungsfreien Material- und Bauteilprüfung n Strahlungserzeugung, Röntgenquellen, -detektoren, Durchstrahlungsbilder, CT Methoden, Rekonstruktionsalgorithmen, Visualisierung n Testhalle für Linearbeschleuniger in Fürth-Atzenhof für die Untersuchung großer Teile Fraunhofer IIS

32 Standort Fürth/Bay. n Entwicklungszentrum Röntgentechnik EZRT n Schwerpunkt: Bauteil- und Materialprüfung n Ausbau im Rahmen des Entwicklungszentrums für neue zerstörungsfreie Prüfverfahren für Neue Materialien in der Luft- und Raumfahrt n Halle für Linearbeschleuniger zur Untersuchung großer Komponenten n Neubau Büro- und Laborgebäude in Fürth-Atzenhof, Fertigstellung 2013 n Ca. 85 Mitarbeiter am Standort Linearbeschleunigerhalle Fraunhofer IIS 32

33 Hochaufgelöste Röntgentechnologie mit Linearbeschleuniger auch großer Objekte n Aufnahme mit Linearbeschleuniger mit Beschleunigungsspannung 9 MeV (vgl. normale Prüftechnik bis 450 kev) n Reine Durchstrahlung, (noch) kein 3D n n Gesamtaufnahme (b x h) x Pixel (~ 4 m x 4,5 m) Fraunhofer IIS 33

34 Röntgensysteme Kleinstes Computertomographiegerät für Laboranwendungen CTportable n Zerstörungsfreie Qualitätsprüfung kleiner Teile n Höchstgenaues dimensionelles Messen n Große Sichtfenster für Demos Fraunhofer IIS 34

35 Zusammenfassung n Das Fraunhofer IIS ist ein erfolgreiches Fraunhofer-Institut mit national und international beachteten Erfolgen n Das Institut ist fest in der Metropolregion Nürnberg verankert und hat enge Verbindungen nach Dresden, Ilmenau, Würzburg, Bamberg,... n Projekte mit der Industrie und mittelständischen Unternehmen haben die höchste Priorität n Enge Beziehungen zu Universitäten und Fachhochschulen auf der Basis von symmetrischem Nutzen sichern den Zugang zu wissenschaftlicher Basis und bieten Karrierechancen für Absolventen Fraunhofer IIS 35

36 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Aufnahme: Webcam vom Standort unserer DVB-SH-Antennen am Erlanger Stadtwerketurm Fraunhofer IIS 36