004 Informatik
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Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Software-Architektur entwickelt, mit der sich Interaktionen zwischen autonomen Fahrzeugen und Passanten im Straßenverkehr in einer simulierten Umgebung untersuchen lassen. Hierbei wird das autonome Fahrzeug durch einen externen Fahrsimulator gesteuert. Der Einsatz eines Motion-Capture-Systems ermöglicht dabei die Aufzeichnung und Übertragungen der Bewegungsdaten von Passant und Fahrer in die virtuelle Umgebung. Durch den Einsatz von head-mounted Displays sollen Akteure die virtuelle Umgebung möglichst als real empfinden. Auf Basis der entwickelten Software-Architektur wurde eine Simulationsumgebung realisiert, in der Interaktionen zwischen einem Passant und einem autonomem Fahrzeug untersucht werden können. Das Projekt soll das Potential von Motion-Capture gestützten Simulationsumgebungen für die Konzeption und Entwicklung von autonomen Fahrsystemen aufzeigen.
Über die letzten Jahre nehmen die Verkehrsunfälle zwischen Fahrzeugen und Fahrrädern und Motorrädern immer weiter zu. Die Ursache ist meistens eine unachtsam geöffnete Fahrzeugtür, mit der ein anfahrender Zweiradfahrer kollidiert. Diese Unfälle können verheerende Folgen für alle Beteiligten haben. Aus diesem Grund soll der technologische Fortschritt, welcher sich durch die gesamte Automobilbranche zieht, um eine zusätzliche Komponente erweitert werden. Hierbei handelt es sich um ein System für Zweiradfahrer, welches eine sich öffnende Fahrzeugtür frühzeitig erkennen soll, den Fahrer somit frühzeitig warnen kann und gegebenenfalls Strategien zu Unfallvermeidung einleiten kann. Dieses Konzept soll die Entwicklung des Systems vorgeben und grundlegend erläutern.
Die Navigation mit dem E-Bike soll eine positive Nutzerfahrung sein. Deshalb wurde im Zuge dieser Arbeit im Rahmen von Bosch E-Bike Systems ein multimodales smart User Interface (MSUI) entwickelt. Das Konzept umfasst visuelle Turn-by-Turn Signale, taktile Vibrationssignale im Lenker und eine auditive Sprachausgabe. Ziel der Arbeit ist ein Prototyp, der sich für die Evaluation von Nutzerbedürfnissen in Bezug auf verschiedene multimodale Rückmeldemöglichkeiten eignet.
Die Simulation menschlichen Gruppenverhaltens kann bei der Kapazitäten-, Risiko- und Evakuierungs Planung von Gebäuden hilfreich sein, bei der Produktion von Filmen für eindrucksvolle Massen-Szenen eingesetzt werden oder virtuelle Schauplätze in Echtzeit-Anwendungen beleben. Die Herausforderungen liegen vor allem in einem realistischen Erscheinungsbild der virtuellen Crowd, glaubwürdigem Verhalten innerhalb eines sozialen Verbundes, realitätsnahen Animationen und der Wahrung der Echtzeitfähigkeit interaktiver Anwendungen. Im Rahmen dieser Arbeit wird der aktuelle Stand der Technik vorgestellt, Technologien evaluiert und ein Crowd Simulation Prototyp mit der Unity Engine implementiert.
Die Bedeutung und Stellung der Informationstechnologie erlebte in den letzten 60 Jahren einen fortlaufenden Wandel. Der anfänglich rein unterstützende Charakter entwickelte sich immer mehr zu einem wichtigen Bestandteil der Aufbau- und Ablauforganisation im Unternehmen. Ein definiertes IT-Servicemanagement im Unternehmen sieht sich mittlerweile gleichgeordnet mit den restlichen Fachabteilungen, tritt mit seinen Leistungen als Dienstleister auf und betrachtet die Fachabteilungen als „Kunde“. Neue Technologien und Innovationen und die daraus resultierenden Neudefinitionen bestehender Anforderungen sollen im Rahmen der Digitalisierung in Unternehmen positive Effekte zeigen. IT Infrastructure Library (ITIL) wird als Framework für IT-Servicemanagement in der Industrie und im öffentlichen Dienst genutzt. Der Ansatz von ITIL unterstützte den Kulturwandel und sensibilisierte das Management und die Mitarbeiter darin, serviceorientiert zu denken. Da dieser Ansatz einen vordefinierten, zyklischen Ablauf hat, könnten schnell eintreffende Kundenanforderungen nicht fristgerecht umgesetzt werden, weshalb agile Methoden wie der DevOps-Ansatz in den Vordergrund rücken. Die Herausforderung besteht darin, den Kulturwandel bei der Einführung von DevOps in bestehenden ITIL-Strukturen in Unternehmen zu fördern.
Eines der gängigsten bildgebenden Verfahren in der Medizin ist die Sonografie. Jedoch ist die Reproduzierbarkeit der Ultraschalldiagnostik bis heute noch immer ein Problem, wodurch Fehldiagnosen gestellt werden. Durch das in diesem Papier vorgestellte prototypische System zur Unterstützung für Medizinstudenten in Ultraschallseminaren sollen Anforderungen zur Reproduzierbarkeit einer Ultraschalluntersuchung definiert werden. Durch Experteninterviews wurden Einblicke in die klinischen Abläufe und den Krankenhaus-Alltag gewonnen, welche Inhalte relevant sind, um die Reproduzierbarkeit von Ultraschalluntersuchungen zu ermöglichen.
Durch das stetige Wachstum an neuen Technologien und Möglichkeiten steht der Verschmelzung von Technologien mit dem Menschen kaum noch etwas im Wege. Die Untersuchung der Implantate und die damit verbundenen Risiken sind ein Teil dieser Arbeit. Von Bedeutung sind hier die Funktionsweise und die IT-Sicherheitsaspekte. Alle in dieser Arbeit dargestellten Implantate benötigen eine Kommunikation nach außen. Diese Kommunikationsmöglichkeit birgt Risiken, die nicht nur auf die Daten der Träger beschränkt sind, sondern auch gesundheitliche Risiken beinhalten.
Segmentierung von Polypen in Koloskopie-Bilddaten : eine Potentialanalyse von Deep-Learning-Methoden
(2018)
Kolorektale Karzinome haben eine hohe Sterblichkeitsrate, wenn sie spät entdeckt werden. Eine frühzeitige Entfernung von bösartigen Polypen im Magen-Darm-Trakt, die deren Vorstufen bilden, bietet jedoch hohe Überlebenschancen. Bei Darmspiegelungen werden gerade kleine Polypen aber recht häufig übersehen. Zuverlässige bildverarbeitende Systeme, die Polypen in einem Koloskopie-Frame nicht nur detektieren, sondern pixelgenau segmentieren, könnten Ärzten bei Darmkrebs-Screenings helfen. Diese Arbeit analysiert den aktuellen Stand der Segmentierung von Polypen im Gastrointestinaltrakt. Weiterführend wird untersucht, inwiefern die in letzter Zeit sehr erfolgreichen Methoden des Deep Learning hier Vorteile bieten.
Informatics Inside : Connect(IT) : Informatik-Konferenz an der Hochschule Reutlingen, 9. Mai 2018
(2018)
Mit der Informatics Inside 2018 findet diese Veranstaltungsform bereits zum 10. Mal statt und wir freuen uns besonders auf dieses Jubiläum. Die diesjährige Konferenz steht unter dem Motto "connect(IT)" und zeigt damit einmal mehr die zentrale Bedeutung der Informatik im Zusammenhang mit Vernetzungen und dies auf allen Ebenen. Es geht nicht nur um die technische Vernetzung von Maschinen und Services, sondern auch um die Vernetzung von Menschen untereinander und die Zusammenarbeit zwischen Mensch und Maschine. Gerade die letzten beiden Punkte spiegeln einen der Schwerpunkte des Masterstudiengangs Human-Centered Computing sehr schön wieder. Sie finden in dem vorliegenden Tagungsband Fachbeiträge aus dem medizinischen Umfeld ebenso wie vielfältige Anwendungen aus dem Fahrzeugsektor. Selbstverständlich spielt das Thema Sicherheit in vernetzten Umgebungen eine wichtige Rolle und auch dazu finden Sie einen spannenden Beitrag. Der Kulturwandel im Bereich der Softwareentwicklung ist ebenso ein Thema wie Simulationen in verschiedenen Zusammenhängen.
Die Informatics Inside ist eine wissenschaftliche Konferenz des Masterstudiengangs Human-Centered Computing und wird von den Studierenden organisiert und durchgeführt. Sie erhalten während ihres Masterstudiums die Gelegenheit, sich in einem Fachgebiet ihrer Wahl zu vertiefen. Dies kann an der Hochschule, in einem Unternehmen, einem Forschungsinstitut oder im Ausland durchgeführt werden. Gerade diese flexible Ausgestaltung der Lehrveranstaltung "Wissenschaftliche Vertiefung" führt zu vielfältigen Themenfeldern, die von den Studierenden bearbeitet werden. Neben der eigentlichen fachlichen Vertiefung spielt auch die Präsentation von wissenschaftlichen Ergebnissen eine wichtige Rolle und dies nicht nur während des Studiums. Ein gewähltes Fachgebiet so allgemeinverständlich aufzubereiten und zu vermitteln, dass es auch für Nicht-Spezialisten verständlich wird, stellt immer wieder eine besondere Herausforderung dar.
SLAM systems are mainly applied for robot navigation while research on feasibility for motion planning with SLAM for tasks like bin-picking, is scarce. Accurate 3D reconstruction of objects and environments is important for planning motion and computing optimal gripper pose to grasp objects. In this work, we propose the methods to analyze the accuracy of a 3D environment reconstructed using a LSD-SLAM system with a monocular camera mounted onto the gripper of a collaborative robot. We discuss and propose a solution to the pose space conversion problem. Finally, we present several criteria to analyze the 3D reconstruction accuracy. These could be used as guidelines to improve the accuracy of 3D reconstructions with monocular LSD-SLAM and other SLAM based solutions.
Fitting 3D Morphable Face Models (3DMM) to a 2D face image allows the separation of face shape from skin texture, as well as correction for face expression. However, the recovered 3D face representation is not readily amenable to processing by convolutional neural networks (CNN). We propose a conformal mapping from a 3D mesh to a 2D image, which makes these machine learning tools accessible by 3D face data. Experiments with a CNN based face recognition system designed using the proposed representation have been carried out to validate the advocated approach. The results obtained on standard benchmarking data sets show its promise.
This paper investigates the evaluation of dense 3D face reconstruction from a single 2D image in the wild. To this end, we organise a competition that provides a new benchmark dataset that contains 2000 2D facial images of 135 subjects as well as their 3D ground truth face scans. In contrast to previous competitions or challenges, the aim of this new benchmark dataset is to evaluate the accuracy of a 3D dense face reconstruction algorithm using real, accurate and high-resolution 3D ground truth face scans. In addition to the dataset, we provide a standard protocol as well as a Python script for the evaluation. Last, we report the results obtained by three state-of-the-art 3D face reconstruction systems on the new benchmark dataset. The competition is organised along with the 2018 13th IEEE Conference on Automatic Face & Gesture Recognition.
Service robots need to be aware of persons in their vicinity in order to interact with them. People tracking enables the robot to perceive persons by fusing the information of several sensors. Most robots rely on laser range scanners and RGB cameras for this task. The thesis focuses on the detection and tracking of heads. This allows the robot to establish eye contact, which makes interactions feel more natural.
Developing a fast and reliable pose invariant head detector is challenging. The head detector that is proposed in this thesis works well on frontal heads, but is not fully pose-invariant. This thesis further explores adaptive tracking to keep track of heads that do not face the robot. Finally, head detector and adaptive tracker are combined within a new people tracking framework and experiments show its effectiveness compared to a state-of the-art system.
An interactive clothing design and a personalized virtual display with user’s own face are presented in this paper to meet the requirement of personalized clothing customization. A customer interactive clothing design approach based on genetic engineering ideas is analyzed by taking suit as an example. Thus, customers could rearrange the clothing style elements, chose available color, fabric and come up with their own personalized suit style. A web 3D customization prototype system of personalized clothing is developed based on the Unity3D and VR technology. The layout of the structure and functions combined with the flow of the system are given. Practical issues such as 3D face scanning, suit style design, fabric selection, and accessory choices are addressed also. Tests to the prototype system indicate that it could show realistic clothing and fabric effect and offer effective visual and customization experience to users.
Blockchains yield to new workloads in database management systems and K/V-stores. Distributed Ledger Technology (DLT) is a technique for managing transactions in ’trustless’ distributed systems. Yet, clients of nodes in blockchain networks are backed by ’trustworthy’ K/V-Stores, like LevelDB or RocksDB in Ethereum, which are based on Log-Structured Merge Trees (LSM Trees). However, LSM-Trees do not fully match the properties of blockchains and enterprise workloads.
In this paper, we claim that Partitioned B-Trees (PBT) fit the properties of this DLT: uniformly distributed hash keys, immutability, consensus, invalid blocks, unspent and off-chain transactions, reorganization and data state / version ordering in a distributed log-structure. PBT can locate records of newly inserted key-value pairs, as well as data of unspent transactions, in separate partitions in main memory. Once several blocks acquire consensus, PBTs evict a whole partition, which becomes immutable, to secondary storage. This behavior minimizes write amplification and enables a beneficial sequential write pattern on modern hardware. Furthermore, DLT implicate some type of log-based versioning. PBTs can serve as MV-store for data storage of logical blocks and indexing in multi-version concurrency control (MVCC) transaction processing.
Modern persistent Key/Value stores are designed to meet the demand for high transactional throughput and high data ingestion rates. Still, they rely on backwards-compatible storage stack and abstractions to ease space management, foster seamless proliferation and system integration. Their dependence on the traditional I/O stack has negative impact on performance, causes unacceptably high write-amplification, and limits the storage longevity.
In the present paper we present NoFTL KV, an approach that results in a lean I/O stack, integrating physical storage management natively in the Key/Value store. NoFTL-KV eliminates backwards compatibility, allowing the Key/Value store to directly consume the characteristics of modern storage technologies. NoFTLKV is implemented under RocksDB. The performance evaluation under LinkBench shows that NoFTL-KV improves transactional throughput by 33%, while response times improve up to 2.3x. Furthermore, NoFTL KV reduces write-amplification 19x and improves storage longevity by imately the same factor.
This work is a report on practical experiences with the issue of interoperability in German practice management systems (PMSs) from an ongoing clinical trial on teledermatology, the TeleDerm project. A proprietary and established web-platform for store-and-forward telemedicine is integrated with the IT in the GPs’ offices for automatic exchange of basic patient data. Most of the 19 different PMSs included in the study sample lack support of modern health data exchange standards, therefore the relatively old but widely available German health data exchange interface “Gerätedatentransfer” (GDT) is used. Due to the lack of enforcement and regulation of the GDT standard, several obstacles to interoperability are encountered. As a partial, but reusable working solution to cope with these issues, we present a custom middleware which is used in conjunction with GDT. We describe the design, technical implementation and observed hindrances with the existing infrastructure. A discussion on health care interfacing standards and the current state of interoperability in German PMS software is given.
Lots of movies are produced every year, too many to watch all of them and in particular, to get an overview about the evolution of typical movie genres and actors playing in them. Moreover, it is a challenging problem to detect correlations among the movies and the actors in those movies, in particular, if we are interested in time-varying data patterns like trends, countertrends, or anomalies and outliers. Those correlations are specifically interesting if they can be inspected on different levels of granularity, e.g., temporal, but also hierarchical in form of country- or continent-based correlations. In this paper we describe the IMDb Explorer, a webbased visualization tool that consists of two major views denoted by the movie cosmos and the career lines. Both views are linked and interactively manipulable while a list of user-defined metrics are explorable. We illustrate the usefulness of the visualization tool by applying it to the entire movie database provided by IMDb.
Being able to monitor the heart activity of patients during their daily life in a reliable, comfortable and affordable way is one main goal of the personalized medicine. Current wearable solutions lack either on the wearing comfort, the quality and type of the data provided or the price of the device. This paper shows the development of a Textile Sensor Platform (TSP) in the form of an electrocardiogram (ECG)-measuring T-shirt that is able to transmit the ECG signal to a smartphone. The development process includes the selection of the materials, the design of the textile electrodes taking into consideration their electrical characteristics and ergonomy, the integration of the electrodes on the garment and their connection with the embedded electronic part. The TSP is able to transmit a real-time streaming of the ECG-signal to an Android smartphone through Bluetooth Low Energy (BLE). Initial results show a good electrical quality in the textile electrodes and promising results in the capture and transmission of the ECG signal. This is still a working- progress and it is the result of an interdisciplinary master project between the School of Informatics and the School of Textiles & Design of the Reutlingen University.