Scientific Computing: R&D Physik, Modellierung, Simulation, Algorithmen, Bildverarbeitung. Spezialist (Dr.rer.nat.) f. erhöhte Anforderungen Mathematik,theoretische Physik; beste Referenzen.
Aktualisiert am 07.02.2025
Profil
Referenzen (7)
Freiberufler / Selbstständiger
Remote-Arbeit
Verfügbar ab: 01.02.2025
Verfügbar zu: 100%
davon vor Ort: 100%
Mathematische Physik
Mathematik
Deutsch
Muttersprache
Englisch
ausgezeichnet in Wort und Schrift (höchster Euro-Referenzrahmen C2)
Französisch
sehr gut in Wort und Schrift (Euro-Referenzrahmen C1)
Spanisch
Grundkenntnisse

Einsatzorte

Einsatzorte

Deutschland, Österreich, Schweiz

Arbeitserlaubnis: EU-Bürger

möglich

Projekte

Projekte

PROJEKT-KURZBESCHREIBUNGEN (AUSWAHL) mit Referenzen am Ende


INHALT

Sony, Lab 1, Quantenoptischer Simulator

Sony, Lab 1, Tomographische Hyperspektralkamera CTIS ( Modellierung und Algorithmen)

Sony, Lab1, time-of-fligth Kamera (Algorithmen)

Sony, Lab1, Plasmonische Hyperspektralkamera HASS ( Modellierung und Algorithmen)

pmdtechnologies time-of-flight Kamera (Algorithmen)

Sony, Lab 1, Compressive Sensing

Carl Zeiss SMT LIT-MS Wellenfrontrekonstruktion Shearing-Interferometer

Carl Zeiss SMT LIT-TM Regelungstechnik optischer Messungen

Carl Zeiss SMT LIT-MO Interferometrie: Phasenberechnungen Fizeau-Interferometer

Carl Zeiss SMS Jena Vermessung von Lithographiemasken (math.Bildverarbeitung, Optik)

Cloos Innovation, Physikalische Untersuchung & Regelung des Lichtbogen-Plasmas (Modellierung)

Carl Zeiss SMT LIT-MAA, Evaluierung von Lithographiemasken(math.Bildverarbeitung, Optik)



DETAILS

Quantenoptischer Simulator

01/2023-10/2024

Kunde: Sony, Lab 1, Stuttgart, Computational Imaging

Rolle: freier wissenschaftlicher Mitarbeiter

Beschreibung:

  • Simulating interferometer experiments in quantum optics, in particular non-linear interferometers.

Projekte:

  • This quantum simulator is based on the decomposition of a quantum image experiment into:

    1. quantum-models of each optical element
    2. a classical description of discrete pathes between optical element
    3. the concept of channel: this is a reused index of photon pathes to reduce the dimensionality

      of the problem (tensor product!) , automatic channel assignment

    4. concept of call sequence: this is the sequential order in which
      the quantum model of the optical elements is applied (in analogy to analytical
      calculations) (can?t be done in time order because of entanglement)

  • The simulator contains a GUI to build an optical system. The word simulator is used here in contrast to a simulation
    of a fixed optical system where a model of the whole optical system is calculated analytically and then evaluated numerically.

Methoden: Quantenmechnaik, Quantenoptik, nicht-lineare Interferometrie


Hilfsmittel: Matlab


Spektrale Rekonstruktion für eine tomographische Hyperspektralkamera

01/2019-12/2022

Kunde: Sony, Lab 1, Stuttgart, Computational Imaging

Rolle: freier wissenschaftlicher Mitarbeiter

Beschreibung:

Eine tomographische Hyperspektralkamera kann mit Hilfe eines diffraktiven optischen Elements ein hochauflösendes Spektrum gleichzeitig für alle Kamerapixel aufnehmen.

Projekte:

  • Entwicklung der Algorithmen für die Rekonstruktion des Spektrums aus den Kameraaufnahmen. Das läuft auf die Lösung eines schlecht gestellten inversen Problems hinaus (Fredholm Integralgleichung 1. Art).

Methoden: Optimierung, Signalverarbeitung, Bildverarbeitung.


Hilfsmittel: Matlab, Python


Algorithmenentwicklung für time-of-flight Kamera (ToF)

04/2017-12/2018

Kunde: Sony, Lab 1 (früher European Technology Center - EuTEC), Stuttgart, Computational Imaging

Beschreibung:

  • TOF-Kameras sind 3D-Kamerasysteme, die mit einem Laufzeitverfahren (time of flight) Distanzen messen. Dazu wird die Szene mittels eines Lichtpulses ausgeleuchtet, und die Kamera misst für jeden Bildpunkt die Zeit, die das Licht bis zum Objekt und wieder zurück braucht.
  • PMD-Verfahren (Photonic Mixer Devices) modulieren die Lichtpulse (Infrarotlaser mit Diffusor) und messen die Phasenverschiebung der Trägerwelle am Empfänger.

Projekte:

  • Verbesserung der 3-d Messung eines Time-of-Flight Bildsensors durch Lösung des Multipfadinterferenz-Problems mittels Compressive-Sensing-Methoden.
  • Optimierung der Kamerakalibrierung.

Resultate: Entwicklung eines neuen numerischen Verfahrens auf der Basis von Compressive-Sensing-Methoden.

Methoden: Compressive Sensing, konvexe Optimierung, 3d-Kamerakalibrierung, genetische Algorithmen, Optik, Signalverarbeitung, Bildverarbeitung, Maschinenlernen, Filterdesign.


Hilfsmittel: Matlab, C++

Spektrale Rekonstruktion für eine plasmonischer Hyperspektralkamera

11/2015-03/2017

Kunde: Sony, Lab1 (früher: European Technology Center - EuTEC), Stuttgart, Computational Imaging

Rolle: freier wissenschaftlicher Mitarbeiter

Beschreibung:

Eine Hyperspektralkamera kann mit Hilfe von plasmonischen (anstelle von RGB-) Filtern über jedem Pixel ein hochauflösendes Spektrum gleichzeitig für alle Kamerapixel aufnehmen.

Projekte:

  • Entwicklung der Algorithmen für die Rekonstruktion des Spektrums aus den Kameraaufnahmen. Das läuft auf die Lösung eines schlecht gestellten inversen Problems hinaus (Fredholm Integralgleichung 1. Art).

Methoden: Konvexe Optimierung, Signalverarbeitung, Bildverarbeitung.


Hilfsmittel: Matlab, C++


Algorithmenentwicklung für time-of-flight Kamera (ToF)

10/2014-03/2015

Kunde: pmdtechnologies, Siegen, Abteilung Vorentwicklung

Beschreibung:

  • TOF-Kameras sind 3D-Kamerasysteme, die mit einem Laufzeitverfahren (time of flight) Distanzen messen. Dazu wird die Szene mittels eines Lichtpulses ausgeleuchtet, und die Kamera misst für jeden Bildpunkt die Zeit, die das Licht bis zum Objekt und wieder zurück braucht.
  • PMD-Verfahren (Photonic Mixer Devices) modulieren die Lichtpulse (Infrarotlaser mit Diffusor) und messen die Phasenverschiebung der Trägerwelle am Empfänger.

Projekte:

  • Verbesserung der 3-d Messung eines Time-of-Flight Bildsensors durch Lösung des Multipfadinterferenz-Problems mittels Compressive-Sensing-Methoden.
  • Optimierung der Kamerakalibrierung.

Resultate: Entwicklung eines neuen numerischen Verfahrens auf der Basis von Compressive-Sensing-Methoden.

Methoden: Compressive Sensing, konvexe Optimierung, 3d-Kamerakalibrierung, genetische Algorithmen, Optik, Signalverarbeitung, Bildverarbeitung, Maschinenlernen, Filterdesign.


Hilfsmittel: Matlab, C++


Compressive Sensing Forschungsprojekt

11/2013 - 9/2014
Kunde: Sony, Lab1 (früher: European Technology Center - EuTEC), Stuttgart

Branche: Elektronik

Rolle: freier wissenschaftlicher Mitarbeiter

Beschreibung:

  • Compressive Sensing ist eine neue Technik der Bild- und Signalverarbeitung, mit der man ein Signal (Bild, Video) schon bei der Messung so unterabtastet, dass trotz der Verletzung der klassischen Nyquist-Bedingung ein zwar unterbestimmtes aber trotzdem eindeutig und stabil lösbares lineares System entsteht, das man dann mit Hilfe konvexer Optimierungsverfahren löst.

  • Der Unterschied zu klassischen Kompressionsverfahren ist der, dass man das Signal gar nicht vollständig misst. Die Kompression geschieht bei der Messung ohne vollständige Kenntnis des Signals. Voraussetzung dieses Verfahrens ist die Existenz bestimmter sog. sparsifizierender Transformationen, unter denen das Signal nur dünn besetzt ist, d.h. die meisten Koeffizienten Null sind.

  • Die besondere Herausforderung dieses Projektes besteht darin, dass eine sehr hohe Messkompressionsrate gefordert wird, die für die bekannten zweidimensionalen Transformationen jenseits der Phasenübergangskurven der geforderten Rekonstruktionsqualität liegt.

  • Partner dieses Projektes ist die Universität RWTH Aachen.

Aufgaben:

  • Aufgabe dieses Forschungsprojektes ist die Anwendung von numerischen Methoden des Compressive Sensings auf neue Arten von CMOS-Architekturen mit dem Ziel, bei gleicher Bildqualität die Leistungsaufnahme des CMOS-Sensors drastisch zu senken.
  • Analyse und Test bekannter sowie Entwicklung neuer komprimierender (sparsifizierender) Transformationen auf der Basis zwei- und dreidimensionaler Waveletvarianten, Curvelets, selbstlernender Dictionaries, Totalvariation. Untersuchung ihrer Qualitätsschranken aufgrund der Phasenübergangskurven der konvexen Lösungsverfahren. Einfluss, Schätzung und Korrektur globaler und lokaler Bewegungen zwischen Videoeinzelbildern.

Methoden: Compressive Sensing, konvexe Optimierung, Transformationstheorie, Optik, Signalverarbeitung, Bildverarbeitung, Videoverarbeitung


Hilfsmittel: Matlab, C++



Diverse Projekte Optimierung, Filterung, Statistik

1/2013 - 08/2013
Kunde: diverse

Themen:
  • Stochastische Prozesse in der Logistik (Bayessche Statistik, Datenanalyse, Mustererkennung, neuronale Netze)
  • Machbarkeitsanalyse für Innenraumlokalisation von Kunden in Einkaufszentren
    (Kalman Filter, Matlab)



Wellenfrontrekonstruktion Shearing-Interferometer

4/2012 - 01/2013
Kunde: Carl Zeiss SMT, Oberkochen

Abteilungen: LIT-MSS (optische Systemmesstechnik)
Branche: Optik
Rolle: freier wissenschaftlicher Mitarbeiter

Referenzen: auf Anfrage.

Beschreibung:

  • Entwicklung (Mathematik & Programmierung) eines neuen Algorithmus zur Wellenfrontrekonstruktion eines Shearing Interferometers auf einem unregelmäßigen Messgitter (Partielle Differentialgleichungen, Finite-Differenzen-Methode (FDM)).
  • Konzeptstudie zur Korrektur von Phasenschiebefehlern bei FAMoS-Messungen durch Analyse korrelierter Fehlermuster (hochdimensionale niohctlineare Optimierung),
  • Mathematische Analysen zur Entwicklung einer neuen, schnelleren Simulation eines Luftbildes (Fredholmsche Integralgleichung, Finite-Elemente-Methode (FEM)).


Methoden: Analysis, Numerische Mathematik, Funktionalanalysis, Modellierung, Simulation.


Hilfsmittel: Matlab, C++



Regelungstechnik optischer Messungen

9/2011 - 03/2012
Kunde: Carl Zeiss SMT, Oberkochen

Abteilungen: LIT-TMS (Mechatronik)
Branche: Optik
Rolle: freier wissenschaftlicher Mitarbeiter

Beschreibung:Entwicklung eines Methodenpakets Regelungstechnik für die optische Messtechnik


Methoden: Regelungstechnik, dynamische Systeme, numerische Mathematik,

physikalische Modellierung, Software-Architektur(OO-Design).


Hilfsmittel: objekt-orientiertes Matlab, UML


Projekt: Unisurf & Prüfturm
11/2010 - 8/2011
Kunde: Carl Zeiss SMT, Oberkochen
Abteilung: LIT-MIK/MO
Branche: Optik
ROLLE: Wissenschaftlicher Mitarbeiter(R&D)
Beschreibung: Mathematische Analysen, Algorithmenentwicklung, Bildanalyse

Aufgaben:

  • Kalibrierung der Retracefehler des Fizeauinterferometers, mathematische Analyse des Retraceproblems, Algorithmenentwicklung.
  • Phasenberechnungen aus Interferogrammen. Mathematische Analyse des Problems der durchschlagenden Streifen.
  • Subpixelgenaue Vermessung von Facettenspiegeln.

METHODEN:

Optik, Messtechnik, numerische Mathematik, Wahrscheinlichkeitstheorie, Statistik, Optimierung, Modellbildung, Simulation, mathematische Bildverarbeitung & -analyse, Mustererkennung.

Qualifikationen: Matlab, C++



DETAILS
Projekt: Vermessung von Lithographiemasken (PROVE)
4/2010 - 10/2010
Kunde: Carl Zeiss SMS, Jena
Abteilung: Systems Engineering
Branche: Optik
ROLLE: Wissenschaftlicher Mitarbeiter (R&D)

BESCHREIBUNG:
Die richtige Positionierung von lithographisch erzeugten Strukturen ist eine wesentliche Voraussetzung für das Funktionieren von Computer?Chips. Fast alle in größerer Stückzahl hergestellten Chips werden dabei mit Hilfe eines photolithographischen Verfahrens hergestellt, bei dem als sogenannter Master eine Maske genutzt wird, die das Chipdesign enthält. Alle Positionen/Größen/Abstände von den im Design enthaltenen Strukturen sind bereits in der Maske vordefiniert und bestimmt. Die Maske, als ein wesentliches Element des Chipherstellungsprozesses muss deshalb höchsten Qualitätsansprüchen genügen. Zur Überprüfung der Lagegenauigkeit der Maskenstrukturen werden 2?Koordinaten-Messgeräte eingesetzt, die in der Lage sind die Abweichungen von der Sollposition mit Sub-Nanometer Präzision zu messen. Die Carl Zeiss SMT AG entwickelt für diese Applikation ein völlig neues, hochgenaues Messgerät, dass die Anforderungen des 32 nm Lithographie?Knotens gemäß ITRS?Roadmap erfüllt und damit bisherigen Systemen in seiner Messgenauigkeit weit überlegen ist

AUFGABEN:

  • Algorithmenentwicklung zur Bildvermessung mit sub-nanometer Genauigkeit.
  • Analyse von Messdaten und Systemparametern und Ableitung von Schwerpunkten zur Systemoptimierung.
  • Analyse des feinmechanisch optischen Systems einschl. der Algorithmen zur Systemsteuerung und Datenaufbereitung.
  • Definition von Messprogrammen zur Selektion von Einzeleinflüssen auf Reproduzierbarkeit und Messgenauigkeit im Sub-nm-Bereich und Überwachung dieser Messabläufe.

GELÖSTE PROBLEME:

  • Entwicklung eines Programmmoduls von der mathematischen Analyse bis zur Programmierung zur Extraktion der dominanten Niveaus einer Maskenstruktur und automatischen Wahl der Hauptniveaus zur Schwellwertbestimmung basierend auf einer Mustererkennung. Signifikante Verbesserung der Streuung der gemessenen Linienbreite durch Verwendung moderner Dichteschätzer.
  • Theoretische Modellierung und mathematische Analyse einschließlich numerischer Simulation der Rauschfortpflanzung durch einen komplexen Algorithmus zur Bestimmung der Linienbreiten, um eine theoretische Vorhersage der Linienbreitenstreuung zu gewinnen, die eine Basis zur Fehlersuche und Optimierung des Messinstruments darstellt.
  • Entwicklung eines Programmmoduls zur Kantensuche des Maskenhalters, dessen Oberfläche strukturiert ist, aber keine klare Kantenmarkierung aufweist. Entwicklung eines neuen Algorithmus auf der Basis eines Analogons der Entropie der Verteilungsdichte von Pixeln entlang Schnittrichtungen.

METHODEN:

mathematische Bildverarbeitung & -analyse, Mustererkennung, Optik, Messtechnik, Signalverarbeitung, numerische Mathematik, Optimierung, Simulation


Qualifikationen: Matlab


Projekt: Physikalische Untersuchung und Regelung des Lichtbogen-Plasmas
4/2009 - 3/2010
Kunde: Cloos Innovation GmbH, Herborn
Branche: Elektrotechnik, Maschinenbau
ROLLE: Wissenschaftlicher Mitarbeiter (R&D)

BESCHREIBUNG: Die bisherige Regelung des Lichtbogens bei Schweißrobotern
der Firma Cloos geschah nach dem Versuchs- und Irrtumsverfahren und musste für
jedes Material neu eingestellt werden. Mit theoretischen und experimentellen
Methoden der Plasmaphysik sollen die elektromagnetischen und thermodynamischen
Eigenschaften des Lichtbogens modelliert, sein dynamisches Verhalten analysiert
und die Konsequenzen für die Regelung untersucht werden.

GELÖSTE PROBLEME:
1. Erstellung eines neuen Strom-Spannungs-Modells für schnelle Stromänderungen

als Parameterfamilie gewöhnlicher Differentialgleichung mit frei

einstellbarer stationärer Strom-Spannungs-Elektrodenabstand-Abhängigkeit.

Analytische Untersuchung, numerische Lösung, Entwicklung von Methoden zur

Bestimmung der unbeobachtbaren Parameter aus Strom-Spannungs-Messkurven.

2. Definition der Experimente zur Messung der stationären Strom-Spannungs-

Elektrodenabstand-Abhängigkeit, die Teil des dynamischen Modells aus Punkt 1

ist.

3. Modellierung des Drahtabschmelzvorgangs als ein System parabolischer

partieller Differentialgleichungen mit beweglichem Rand (Stefanproblem).

Analytische Untersuchungen und Approximationen insbesondere der

Drahtabschmelzgeschwindigkeit.

4. Modellierung des Pincheffektes als vom Strom abhängige gewöhnliche

Differentialgleichung.


Methoden: Plasmaphysik, Elektrotechnik, Thermodynamik, Messtechnik, dynamische
Systeme, mathematische Modellbildung, Modellierung, numerische Mathematik,
gewöhnliche und partielle Differentialgleichungen, Simulation, Signalverarbeitung

Qualifikationen: Matlab



Projekt: Evaluierung von Lithographiemasken in der Halbleiterindustrie (PROVE)
7/2008 - 2/2009
Kunde: Carl Zeiss SMT, Oberkochen
Abteilung: LIT-MAA (optische Messtechnik)
Branche: Optik
ROLLE: Wissenschaftlicher Mitarbeiter (R&D)
BESCHREIBUNG: Entwicklungsaufgaben im Themengebiet Bildauswertung für ein
neuentwickeltes Produkt, das auf optischem Weg sub-nm-genaue Positionsbestimmungen
(Subpixelbereich 1/1000 Pixel) für Strukturen auf Lithographiemasken durchführt.
REFERENZ: s.u.
VERÖFFENTLICHUNG: [Namen auf Anfrage],
[Titel auf Anfrage], 25th European Mask and Lithography Conference EMLC 2009,
Januar 2009, Dresden.
AUFGABEN:

Algorithmenentwicklung Subpixelvermessung, Bildregistrierung,

Rauschreduzierung, Monte-Carlo Simulation, Bildanalyse.


GELÖSTE PROBLEME:
1. Quantitatives Erkennen der relevanten in einem CCD-Bild enthaltenen Linienorientierungen.
2. Entrauschen von CCD-Bildern bei minimalem Informationsverlust im Nutzsignal.
3. Vergleichende Gegenüberstellung verschiedener Threshold-basierter Kantenlokalisations
-Verfahren inkl. Beweis der mathematischen Äquivalenz zunächst noch verschieden
(unabhängig) erscheinender Methoden
4. Erstellen des essentiellen Ansatzes nicht-lokaler Mittelungsmethoden zum Zwecke

der Minderung des CCD-Pixelrauschens auf die erwartbare Lokalisierungs-Reproduzierbarkeit

Array-artiger Strukturen.

5. Allgemeine statistische Untersuchungen zu aus Monte-Carlo-Simulationen erwartbaren

Konfidenzintervallgrößen


METHODEN:

mathematische Bildverarbeitung & -analyse, Mustererkennung, Optik, Messtechnik,
numerische Mathematik, Optimierung, Simulation


Qualifikationen: Matlab

Aus- und Weiterbildung

Aus- und Weiterbildung

  • Ludwig-Maximilian-Universität, München, + Max-Planck-Institut für Physik, München : Studium der Physik und Mathematik;
    Diplomarbeit: Gravitationseichtheorien.
    Abschluss: Diplomphysiker (Dipl. Phys. (Univ.));
    Diplomnote: sehr gut;
  • Weizmann Institute of Science, Rehovot, Israel:
    Doktorand (Physik) am Department of Physics;
    Feinberg- und Minervastipendiat.
    Arbeitsgebiet: Chaos, chaotische Streuung, Komplexität.
    Abschluss : Ph.D. (anerkannt als Dr.rer.nat/Israel);
    Beurteilung: sehr gut
  • TU Berlin, Fachbereich Mathematik, Mathematische Physik/Differentialgleichungen: Postdoc
  • Universität Potsdam, Max-Planck-AG Nichtlineare Dynamik:
    Postdoc, Stipendiat der Max-Planck-Gesellschaft;
  • Fernuniversität Hagen
    Weiterbildung: Optik, Optoelektronik, Elektromagnetische Felder, algorithmische Geometrie, partielle Differentialgleichungen, etc.
  • MOOC (massive open online courses)
    Digital Signal Processing, Image and Video Processing, Scientific Computing
 

Position

Position

R&D in den Bereichen Engineering/angewandte Forschung Physik, Mathematik

Kompetenzen

Kompetenzen

Top-Skills

Mathematische Physik Mathematik

Produkte / Standards / Erfahrungen / Methoden

  • Erfolge in mathematischer Modellierung, Simulation, Entwicklung von Algorithmen, mathem. Bild- und Signalverarbeitung, Messtechnik in den Bereichen: Optik, Elektrotechnik, Plasmaphysik.
  • Softwareentwicklung von der Konzeption bis zur Implementierung.
  • Technische Projektleitung und fachlicher Führung anderer Entwickler.
  • Datenanalyse, Statistik, Visualisierung.
  • Wissenschaftliche Forschung und Publikationen in mathematischer Physik auf den Gebieten Dynamische Systeme, Chaos, Komplexität, nichtlineare Datenanalyse, Statistik.



Details siehe Projektliste.

Betriebssysteme

Unix
Grundkenntnisse
Windows

Programmiersprachen

C
C++
inkl. Bibliotheken zur Bildverarbeitung (OpenCV) und Numerik (z.B. GSL)
Eiffel
Fortran
Java
JavaScript
MATLAB / Simulink
Pascal
PHP
Python
Mathematica
UML

 

Schwerpunkt liegt auf Matlab und Python

Datenbanken

Access
MySQL
ODBC

Hardware

PC

Branchen

Branchen

Consulting
Dienstleistung
EDV
Halbleiter
Industrie
IT
Optik
Universität



Einsatzorte

Einsatzorte

Deutschland, Österreich, Schweiz

Arbeitserlaubnis: EU-Bürger

möglich

Projekte

Projekte

PROJEKT-KURZBESCHREIBUNGEN (AUSWAHL) mit Referenzen am Ende


INHALT

Sony, Lab 1, Quantenoptischer Simulator

Sony, Lab 1, Tomographische Hyperspektralkamera CTIS ( Modellierung und Algorithmen)

Sony, Lab1, time-of-fligth Kamera (Algorithmen)

Sony, Lab1, Plasmonische Hyperspektralkamera HASS ( Modellierung und Algorithmen)

pmdtechnologies time-of-flight Kamera (Algorithmen)

Sony, Lab 1, Compressive Sensing

Carl Zeiss SMT LIT-MS Wellenfrontrekonstruktion Shearing-Interferometer

Carl Zeiss SMT LIT-TM Regelungstechnik optischer Messungen

Carl Zeiss SMT LIT-MO Interferometrie: Phasenberechnungen Fizeau-Interferometer

Carl Zeiss SMS Jena Vermessung von Lithographiemasken (math.Bildverarbeitung, Optik)

Cloos Innovation, Physikalische Untersuchung & Regelung des Lichtbogen-Plasmas (Modellierung)

Carl Zeiss SMT LIT-MAA, Evaluierung von Lithographiemasken(math.Bildverarbeitung, Optik)



DETAILS

Quantenoptischer Simulator

01/2023-10/2024

Kunde: Sony, Lab 1, Stuttgart, Computational Imaging

Rolle: freier wissenschaftlicher Mitarbeiter

Beschreibung:

  • Simulating interferometer experiments in quantum optics, in particular non-linear interferometers.

Projekte:

  • This quantum simulator is based on the decomposition of a quantum image experiment into:

    1. quantum-models of each optical element
    2. a classical description of discrete pathes between optical element
    3. the concept of channel: this is a reused index of photon pathes to reduce the dimensionality

      of the problem (tensor product!) , automatic channel assignment

    4. concept of call sequence: this is the sequential order in which
      the quantum model of the optical elements is applied (in analogy to analytical
      calculations) (can?t be done in time order because of entanglement)

  • The simulator contains a GUI to build an optical system. The word simulator is used here in contrast to a simulation
    of a fixed optical system where a model of the whole optical system is calculated analytically and then evaluated numerically.

Methoden: Quantenmechnaik, Quantenoptik, nicht-lineare Interferometrie


Hilfsmittel: Matlab


Spektrale Rekonstruktion für eine tomographische Hyperspektralkamera

01/2019-12/2022

Kunde: Sony, Lab 1, Stuttgart, Computational Imaging

Rolle: freier wissenschaftlicher Mitarbeiter

Beschreibung:

Eine tomographische Hyperspektralkamera kann mit Hilfe eines diffraktiven optischen Elements ein hochauflösendes Spektrum gleichzeitig für alle Kamerapixel aufnehmen.

Projekte:

  • Entwicklung der Algorithmen für die Rekonstruktion des Spektrums aus den Kameraaufnahmen. Das läuft auf die Lösung eines schlecht gestellten inversen Problems hinaus (Fredholm Integralgleichung 1. Art).

Methoden: Optimierung, Signalverarbeitung, Bildverarbeitung.


Hilfsmittel: Matlab, Python


Algorithmenentwicklung für time-of-flight Kamera (ToF)

04/2017-12/2018

Kunde: Sony, Lab 1 (früher European Technology Center - EuTEC), Stuttgart, Computational Imaging

Beschreibung:

  • TOF-Kameras sind 3D-Kamerasysteme, die mit einem Laufzeitverfahren (time of flight) Distanzen messen. Dazu wird die Szene mittels eines Lichtpulses ausgeleuchtet, und die Kamera misst für jeden Bildpunkt die Zeit, die das Licht bis zum Objekt und wieder zurück braucht.
  • PMD-Verfahren (Photonic Mixer Devices) modulieren die Lichtpulse (Infrarotlaser mit Diffusor) und messen die Phasenverschiebung der Trägerwelle am Empfänger.

Projekte:

  • Verbesserung der 3-d Messung eines Time-of-Flight Bildsensors durch Lösung des Multipfadinterferenz-Problems mittels Compressive-Sensing-Methoden.
  • Optimierung der Kamerakalibrierung.

Resultate: Entwicklung eines neuen numerischen Verfahrens auf der Basis von Compressive-Sensing-Methoden.

Methoden: Compressive Sensing, konvexe Optimierung, 3d-Kamerakalibrierung, genetische Algorithmen, Optik, Signalverarbeitung, Bildverarbeitung, Maschinenlernen, Filterdesign.


Hilfsmittel: Matlab, C++

Spektrale Rekonstruktion für eine plasmonischer Hyperspektralkamera

11/2015-03/2017

Kunde: Sony, Lab1 (früher: European Technology Center - EuTEC), Stuttgart, Computational Imaging

Rolle: freier wissenschaftlicher Mitarbeiter

Beschreibung:

Eine Hyperspektralkamera kann mit Hilfe von plasmonischen (anstelle von RGB-) Filtern über jedem Pixel ein hochauflösendes Spektrum gleichzeitig für alle Kamerapixel aufnehmen.

Projekte:

  • Entwicklung der Algorithmen für die Rekonstruktion des Spektrums aus den Kameraaufnahmen. Das läuft auf die Lösung eines schlecht gestellten inversen Problems hinaus (Fredholm Integralgleichung 1. Art).

Methoden: Konvexe Optimierung, Signalverarbeitung, Bildverarbeitung.


Hilfsmittel: Matlab, C++


Algorithmenentwicklung für time-of-flight Kamera (ToF)

10/2014-03/2015

Kunde: pmdtechnologies, Siegen, Abteilung Vorentwicklung

Beschreibung:

  • TOF-Kameras sind 3D-Kamerasysteme, die mit einem Laufzeitverfahren (time of flight) Distanzen messen. Dazu wird die Szene mittels eines Lichtpulses ausgeleuchtet, und die Kamera misst für jeden Bildpunkt die Zeit, die das Licht bis zum Objekt und wieder zurück braucht.
  • PMD-Verfahren (Photonic Mixer Devices) modulieren die Lichtpulse (Infrarotlaser mit Diffusor) und messen die Phasenverschiebung der Trägerwelle am Empfänger.

Projekte:

  • Verbesserung der 3-d Messung eines Time-of-Flight Bildsensors durch Lösung des Multipfadinterferenz-Problems mittels Compressive-Sensing-Methoden.
  • Optimierung der Kamerakalibrierung.

Resultate: Entwicklung eines neuen numerischen Verfahrens auf der Basis von Compressive-Sensing-Methoden.

Methoden: Compressive Sensing, konvexe Optimierung, 3d-Kamerakalibrierung, genetische Algorithmen, Optik, Signalverarbeitung, Bildverarbeitung, Maschinenlernen, Filterdesign.


Hilfsmittel: Matlab, C++


Compressive Sensing Forschungsprojekt

11/2013 - 9/2014
Kunde: Sony, Lab1 (früher: European Technology Center - EuTEC), Stuttgart

Branche: Elektronik

Rolle: freier wissenschaftlicher Mitarbeiter

Beschreibung:

  • Compressive Sensing ist eine neue Technik der Bild- und Signalverarbeitung, mit der man ein Signal (Bild, Video) schon bei der Messung so unterabtastet, dass trotz der Verletzung der klassischen Nyquist-Bedingung ein zwar unterbestimmtes aber trotzdem eindeutig und stabil lösbares lineares System entsteht, das man dann mit Hilfe konvexer Optimierungsverfahren löst.

  • Der Unterschied zu klassischen Kompressionsverfahren ist der, dass man das Signal gar nicht vollständig misst. Die Kompression geschieht bei der Messung ohne vollständige Kenntnis des Signals. Voraussetzung dieses Verfahrens ist die Existenz bestimmter sog. sparsifizierender Transformationen, unter denen das Signal nur dünn besetzt ist, d.h. die meisten Koeffizienten Null sind.

  • Die besondere Herausforderung dieses Projektes besteht darin, dass eine sehr hohe Messkompressionsrate gefordert wird, die für die bekannten zweidimensionalen Transformationen jenseits der Phasenübergangskurven der geforderten Rekonstruktionsqualität liegt.

  • Partner dieses Projektes ist die Universität RWTH Aachen.

Aufgaben:

  • Aufgabe dieses Forschungsprojektes ist die Anwendung von numerischen Methoden des Compressive Sensings auf neue Arten von CMOS-Architekturen mit dem Ziel, bei gleicher Bildqualität die Leistungsaufnahme des CMOS-Sensors drastisch zu senken.
  • Analyse und Test bekannter sowie Entwicklung neuer komprimierender (sparsifizierender) Transformationen auf der Basis zwei- und dreidimensionaler Waveletvarianten, Curvelets, selbstlernender Dictionaries, Totalvariation. Untersuchung ihrer Qualitätsschranken aufgrund der Phasenübergangskurven der konvexen Lösungsverfahren. Einfluss, Schätzung und Korrektur globaler und lokaler Bewegungen zwischen Videoeinzelbildern.

Methoden: Compressive Sensing, konvexe Optimierung, Transformationstheorie, Optik, Signalverarbeitung, Bildverarbeitung, Videoverarbeitung


Hilfsmittel: Matlab, C++



Diverse Projekte Optimierung, Filterung, Statistik

1/2013 - 08/2013
Kunde: diverse

Themen:
  • Stochastische Prozesse in der Logistik (Bayessche Statistik, Datenanalyse, Mustererkennung, neuronale Netze)
  • Machbarkeitsanalyse für Innenraumlokalisation von Kunden in Einkaufszentren
    (Kalman Filter, Matlab)



Wellenfrontrekonstruktion Shearing-Interferometer

4/2012 - 01/2013
Kunde: Carl Zeiss SMT, Oberkochen

Abteilungen: LIT-MSS (optische Systemmesstechnik)
Branche: Optik
Rolle: freier wissenschaftlicher Mitarbeiter

Referenzen: auf Anfrage.

Beschreibung:

  • Entwicklung (Mathematik & Programmierung) eines neuen Algorithmus zur Wellenfrontrekonstruktion eines Shearing Interferometers auf einem unregelmäßigen Messgitter (Partielle Differentialgleichungen, Finite-Differenzen-Methode (FDM)).
  • Konzeptstudie zur Korrektur von Phasenschiebefehlern bei FAMoS-Messungen durch Analyse korrelierter Fehlermuster (hochdimensionale niohctlineare Optimierung),
  • Mathematische Analysen zur Entwicklung einer neuen, schnelleren Simulation eines Luftbildes (Fredholmsche Integralgleichung, Finite-Elemente-Methode (FEM)).


Methoden: Analysis, Numerische Mathematik, Funktionalanalysis, Modellierung, Simulation.


Hilfsmittel: Matlab, C++



Regelungstechnik optischer Messungen

9/2011 - 03/2012
Kunde: Carl Zeiss SMT, Oberkochen

Abteilungen: LIT-TMS (Mechatronik)
Branche: Optik
Rolle: freier wissenschaftlicher Mitarbeiter

Beschreibung:Entwicklung eines Methodenpakets Regelungstechnik für die optische Messtechnik


Methoden: Regelungstechnik, dynamische Systeme, numerische Mathematik,

physikalische Modellierung, Software-Architektur(OO-Design).


Hilfsmittel: objekt-orientiertes Matlab, UML


Projekt: Unisurf & Prüfturm
11/2010 - 8/2011
Kunde: Carl Zeiss SMT, Oberkochen
Abteilung: LIT-MIK/MO
Branche: Optik
ROLLE: Wissenschaftlicher Mitarbeiter(R&D)
Beschreibung: Mathematische Analysen, Algorithmenentwicklung, Bildanalyse

Aufgaben:

  • Kalibrierung der Retracefehler des Fizeauinterferometers, mathematische Analyse des Retraceproblems, Algorithmenentwicklung.
  • Phasenberechnungen aus Interferogrammen. Mathematische Analyse des Problems der durchschlagenden Streifen.
  • Subpixelgenaue Vermessung von Facettenspiegeln.

METHODEN:

Optik, Messtechnik, numerische Mathematik, Wahrscheinlichkeitstheorie, Statistik, Optimierung, Modellbildung, Simulation, mathematische Bildverarbeitung & -analyse, Mustererkennung.

Qualifikationen: Matlab, C++



DETAILS
Projekt: Vermessung von Lithographiemasken (PROVE)
4/2010 - 10/2010
Kunde: Carl Zeiss SMS, Jena
Abteilung: Systems Engineering
Branche: Optik
ROLLE: Wissenschaftlicher Mitarbeiter (R&D)

BESCHREIBUNG:
Die richtige Positionierung von lithographisch erzeugten Strukturen ist eine wesentliche Voraussetzung für das Funktionieren von Computer?Chips. Fast alle in größerer Stückzahl hergestellten Chips werden dabei mit Hilfe eines photolithographischen Verfahrens hergestellt, bei dem als sogenannter Master eine Maske genutzt wird, die das Chipdesign enthält. Alle Positionen/Größen/Abstände von den im Design enthaltenen Strukturen sind bereits in der Maske vordefiniert und bestimmt. Die Maske, als ein wesentliches Element des Chipherstellungsprozesses muss deshalb höchsten Qualitätsansprüchen genügen. Zur Überprüfung der Lagegenauigkeit der Maskenstrukturen werden 2?Koordinaten-Messgeräte eingesetzt, die in der Lage sind die Abweichungen von der Sollposition mit Sub-Nanometer Präzision zu messen. Die Carl Zeiss SMT AG entwickelt für diese Applikation ein völlig neues, hochgenaues Messgerät, dass die Anforderungen des 32 nm Lithographie?Knotens gemäß ITRS?Roadmap erfüllt und damit bisherigen Systemen in seiner Messgenauigkeit weit überlegen ist

AUFGABEN:

  • Algorithmenentwicklung zur Bildvermessung mit sub-nanometer Genauigkeit.
  • Analyse von Messdaten und Systemparametern und Ableitung von Schwerpunkten zur Systemoptimierung.
  • Analyse des feinmechanisch optischen Systems einschl. der Algorithmen zur Systemsteuerung und Datenaufbereitung.
  • Definition von Messprogrammen zur Selektion von Einzeleinflüssen auf Reproduzierbarkeit und Messgenauigkeit im Sub-nm-Bereich und Überwachung dieser Messabläufe.

GELÖSTE PROBLEME:

  • Entwicklung eines Programmmoduls von der mathematischen Analyse bis zur Programmierung zur Extraktion der dominanten Niveaus einer Maskenstruktur und automatischen Wahl der Hauptniveaus zur Schwellwertbestimmung basierend auf einer Mustererkennung. Signifikante Verbesserung der Streuung der gemessenen Linienbreite durch Verwendung moderner Dichteschätzer.
  • Theoretische Modellierung und mathematische Analyse einschließlich numerischer Simulation der Rauschfortpflanzung durch einen komplexen Algorithmus zur Bestimmung der Linienbreiten, um eine theoretische Vorhersage der Linienbreitenstreuung zu gewinnen, die eine Basis zur Fehlersuche und Optimierung des Messinstruments darstellt.
  • Entwicklung eines Programmmoduls zur Kantensuche des Maskenhalters, dessen Oberfläche strukturiert ist, aber keine klare Kantenmarkierung aufweist. Entwicklung eines neuen Algorithmus auf der Basis eines Analogons der Entropie der Verteilungsdichte von Pixeln entlang Schnittrichtungen.

METHODEN:

mathematische Bildverarbeitung & -analyse, Mustererkennung, Optik, Messtechnik, Signalverarbeitung, numerische Mathematik, Optimierung, Simulation


Qualifikationen: Matlab


Projekt: Physikalische Untersuchung und Regelung des Lichtbogen-Plasmas
4/2009 - 3/2010
Kunde: Cloos Innovation GmbH, Herborn
Branche: Elektrotechnik, Maschinenbau
ROLLE: Wissenschaftlicher Mitarbeiter (R&D)

BESCHREIBUNG: Die bisherige Regelung des Lichtbogens bei Schweißrobotern
der Firma Cloos geschah nach dem Versuchs- und Irrtumsverfahren und musste für
jedes Material neu eingestellt werden. Mit theoretischen und experimentellen
Methoden der Plasmaphysik sollen die elektromagnetischen und thermodynamischen
Eigenschaften des Lichtbogens modelliert, sein dynamisches Verhalten analysiert
und die Konsequenzen für die Regelung untersucht werden.

GELÖSTE PROBLEME:
1. Erstellung eines neuen Strom-Spannungs-Modells für schnelle Stromänderungen

als Parameterfamilie gewöhnlicher Differentialgleichung mit frei

einstellbarer stationärer Strom-Spannungs-Elektrodenabstand-Abhängigkeit.

Analytische Untersuchung, numerische Lösung, Entwicklung von Methoden zur

Bestimmung der unbeobachtbaren Parameter aus Strom-Spannungs-Messkurven.

2. Definition der Experimente zur Messung der stationären Strom-Spannungs-

Elektrodenabstand-Abhängigkeit, die Teil des dynamischen Modells aus Punkt 1

ist.

3. Modellierung des Drahtabschmelzvorgangs als ein System parabolischer

partieller Differentialgleichungen mit beweglichem Rand (Stefanproblem).

Analytische Untersuchungen und Approximationen insbesondere der

Drahtabschmelzgeschwindigkeit.

4. Modellierung des Pincheffektes als vom Strom abhängige gewöhnliche

Differentialgleichung.


Methoden: Plasmaphysik, Elektrotechnik, Thermodynamik, Messtechnik, dynamische
Systeme, mathematische Modellbildung, Modellierung, numerische Mathematik,
gewöhnliche und partielle Differentialgleichungen, Simulation, Signalverarbeitung

Qualifikationen: Matlab



Projekt: Evaluierung von Lithographiemasken in der Halbleiterindustrie (PROVE)
7/2008 - 2/2009
Kunde: Carl Zeiss SMT, Oberkochen
Abteilung: LIT-MAA (optische Messtechnik)
Branche: Optik
ROLLE: Wissenschaftlicher Mitarbeiter (R&D)
BESCHREIBUNG: Entwicklungsaufgaben im Themengebiet Bildauswertung für ein
neuentwickeltes Produkt, das auf optischem Weg sub-nm-genaue Positionsbestimmungen
(Subpixelbereich 1/1000 Pixel) für Strukturen auf Lithographiemasken durchführt.
REFERENZ: s.u.
VERÖFFENTLICHUNG: [Namen auf Anfrage],
[Titel auf Anfrage], 25th European Mask and Lithography Conference EMLC 2009,
Januar 2009, Dresden.
AUFGABEN:

Algorithmenentwicklung Subpixelvermessung, Bildregistrierung,

Rauschreduzierung, Monte-Carlo Simulation, Bildanalyse.


GELÖSTE PROBLEME:
1. Quantitatives Erkennen der relevanten in einem CCD-Bild enthaltenen Linienorientierungen.
2. Entrauschen von CCD-Bildern bei minimalem Informationsverlust im Nutzsignal.
3. Vergleichende Gegenüberstellung verschiedener Threshold-basierter Kantenlokalisations
-Verfahren inkl. Beweis der mathematischen Äquivalenz zunächst noch verschieden
(unabhängig) erscheinender Methoden
4. Erstellen des essentiellen Ansatzes nicht-lokaler Mittelungsmethoden zum Zwecke

der Minderung des CCD-Pixelrauschens auf die erwartbare Lokalisierungs-Reproduzierbarkeit

Array-artiger Strukturen.

5. Allgemeine statistische Untersuchungen zu aus Monte-Carlo-Simulationen erwartbaren

Konfidenzintervallgrößen


METHODEN:

mathematische Bildverarbeitung & -analyse, Mustererkennung, Optik, Messtechnik,
numerische Mathematik, Optimierung, Simulation


Qualifikationen: Matlab

Aus- und Weiterbildung

Aus- und Weiterbildung

  • Ludwig-Maximilian-Universität, München, + Max-Planck-Institut für Physik, München : Studium der Physik und Mathematik;
    Diplomarbeit: Gravitationseichtheorien.
    Abschluss: Diplomphysiker (Dipl. Phys. (Univ.));
    Diplomnote: sehr gut;
  • Weizmann Institute of Science, Rehovot, Israel:
    Doktorand (Physik) am Department of Physics;
    Feinberg- und Minervastipendiat.
    Arbeitsgebiet: Chaos, chaotische Streuung, Komplexität.
    Abschluss : Ph.D. (anerkannt als Dr.rer.nat/Israel);
    Beurteilung: sehr gut
  • TU Berlin, Fachbereich Mathematik, Mathematische Physik/Differentialgleichungen: Postdoc
  • Universität Potsdam, Max-Planck-AG Nichtlineare Dynamik:
    Postdoc, Stipendiat der Max-Planck-Gesellschaft;
  • Fernuniversität Hagen
    Weiterbildung: Optik, Optoelektronik, Elektromagnetische Felder, algorithmische Geometrie, partielle Differentialgleichungen, etc.
  • MOOC (massive open online courses)
    Digital Signal Processing, Image and Video Processing, Scientific Computing
 

Position

Position

R&D in den Bereichen Engineering/angewandte Forschung Physik, Mathematik

Kompetenzen

Kompetenzen

Top-Skills

Mathematische Physik Mathematik

Produkte / Standards / Erfahrungen / Methoden

  • Erfolge in mathematischer Modellierung, Simulation, Entwicklung von Algorithmen, mathem. Bild- und Signalverarbeitung, Messtechnik in den Bereichen: Optik, Elektrotechnik, Plasmaphysik.
  • Softwareentwicklung von der Konzeption bis zur Implementierung.
  • Technische Projektleitung und fachlicher Führung anderer Entwickler.
  • Datenanalyse, Statistik, Visualisierung.
  • Wissenschaftliche Forschung und Publikationen in mathematischer Physik auf den Gebieten Dynamische Systeme, Chaos, Komplexität, nichtlineare Datenanalyse, Statistik.



Details siehe Projektliste.

Betriebssysteme

Unix
Grundkenntnisse
Windows

Programmiersprachen

C
C++
inkl. Bibliotheken zur Bildverarbeitung (OpenCV) und Numerik (z.B. GSL)
Eiffel
Fortran
Java
JavaScript
MATLAB / Simulink
Pascal
PHP
Python
Mathematica
UML

 

Schwerpunkt liegt auf Matlab und Python

Datenbanken

Access
MySQL
ODBC

Hardware

PC

Branchen

Branchen

Consulting
Dienstleistung
EDV
Halbleiter
Industrie
IT
Optik
Universität



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