Informatik
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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.
Enterprises are transforming their strategy, culture, processes, and their information systems to enlarge their digitalization efforts or to approach for digital leadership. The digital transformation profoundly disrupts existing enterprises and economies. In current times, a lot of new business opportunities appeared using the potential of the Internet and related digital technologies: The Internet of Things, services computing, cloud computing, artificial intelligence, big data with analytics, mobile systems, collaboration networks, and cyber physical systems. Digitization fosters the development of IT environments with many rather small and distributed structures, like the Internet of Things, microservices, or other micro-granular elements. Architecting micro-granular structures have a substantial impact on architecting digital services and products. The change from a closed-world modeling perspective to more flexible Open World of living software and system architectures defines the context for flexible and evolutionary software approaches, which are essential to enable the digital transformation. In this paper, we are revealing multiple perspectives of digital enterprise architecture and decisions to effectively support value and service oriented software systems for intelligent digital services and products.
Presently, many companies are transforming their strategy and product base, as well as their culture, processes and information systems to become more digital or to approach for a digital leadership. In the last years new business opportunities appeared using the potential of the Internet and related digital technologies, like Internet of Things, services computing, cloud computing, edge and fog computing, social networks, big data with analytics, mobile systems, collaboration networks, and cyber physical systems. Digitization fosters the development of IT environments with many rather small and distributed structures, like the Internet of Things, Microservices, or other micro-granular elements. This has a strong impact for architecting digital services and products. The change from a closed-world modeling perspective to more flexible open-world composition and evolution of micro-granular system architectures defines the moving context for adaptable systems. We are focusing on a continuous bottom-up integration of micro-granular architectures for a huge amount of dynamically growing systems and services, as part of a new digital enterprise architecture for service dominant digital products.
New business opportunities appeared using the potential of the Internet and related digital technologies, like the Internet of Things, services computing, artificial intelligence, cloud, edge, and fog computing, social networks, big data with analytics, mobile systems, collaboration networks, and cyber-physical systems. Companies are transforming their strategy and product base, as well as their culture, processes and information systems to adopt digital transformation or to approach for digital leadership. Digitalization fosters the development of IT environments with many rather small and distributed structures, like the Internet of Things, Microservices, or other micro-granular elements. Digitalization has a substantial impact for architecting the open and complex world of highly distributed digital servcies and products, as part of a new digital enterprise architecture, which structure and direct service-dominant digital products and services. The present research paper investigates mechanisms for supporting the evolution of digital enterprise architectures with user-friendly methods and instruments of interaction, visualization, and intelligent decision management during the exploration of multiple and interconnected perspectives by an architecture management cockpit.
Enterprise Governance, Risk and Compliance (GRC) systems are key to managing risks threatening modern enterprises from many different angles. Key constituent to GRC systems is the definition of controls that are implemented on the different layers of an Enterprise Architecture (EA). Controls become part of a “concern” of the EA, which allows to use an EA viewpoint to cover control compliance assessments. In this article we explore this relationship further, derive a metamodel linking control and EA, and elicit how this linkage give rise to a hierarchic understanding of the viewpoint concept for EAs. We complement these considerations with an expository instantiation in a cockpit for control compliance applied in an international enterprise in the insurance industry.
Recognizing human actions is a core challenge for autonomous systems as they directly share the same space with humans. Systems must be able to recognize and assess human actions in real-time. To train the corresponding data-driven algorithms, a significant amount of annotated training data is required. We demonstrate a pipeline to detect humans, estimate their pose, track them over time and recognize their actions in real-time with standard monocular camera sensors. For action recognition, we transform noisy human pose estimates in an image like format we call Encoded Human Pose Image (EHPI). This encoded information can further be classified using standard methods from the computer vision community. With this simple procedure, we achieve competitive state-of-the-art performance in pose based action detection and can ensure real-time performance. In addition, we show a use case in the context of autonomous driving to demonstrate how such a system can be trained to recognize human actions using simulation data.
RoPose-Real: real world dataset acquisition for data-driven industrial robot arm pose estimation
(2019)
It is necessary to employ smart sensory systems in dynamic and mobile workspaces where industrial robots are mounted on mobile platforms. Such systems should be aware of flexible and non-stationary workspaces and able to react autonomously to changing situations. Building upon our previously presented RoPose-system, which employs a convolutional neural network architecture that has been trained on pure synthetic data to estimate the kinematic chain of an industrial robot arm system, we now present RoPose-Real. RoPose-Real extends the prior system with a comfortable and targetless extrinsic calibration tool, to allow for the production of automatically annotated datasets for real robot systems. Furthermore, we use the novel datasets to train the estimation network with real world data. The extracted pose information is used to automatically estimate the observing sensor pose relative to the robot system. Finally we evaluate the performance of the presented subsystems in a real world robotic scenario.
Learning to translate between real world and simulated 3D sensors while transferring task models
(2019)
Learning-based vision tasks are usually specialized on the sensor technology for which data has been labeled. The knowledge of a learned model is simply useless when it comes to data which differs from the data on which the model has been initially trained or if the model should be applied to a totally different imaging or sensor source. New labeled data has to be acquired on which a new model can be trained. Depending on the sensor, this can even get more complicated when the sensor data becomes more abstract and hard to be interpreted and labeled by humans. To enable reuse of models trained for a specific task across different sensors minimizes the data acquisition effort. Therefore, this work focuses on learning sensor models and translating between them, thus aiming for sensor interoperability. We show that even for the complex task of human pose estimation from 3D depth data recorded with different sensors, i.e. a simulated and a Kinect 2TM depth sensor, human pose estimation can greatly improve by translating between sensor models without modifying the original task model. This process especially benefits sensors and applications for which labels and models are difficult if at all possible to retrieve from raw sensor data.
The investigation of stress requires to distinguish between stress caused by physical activity and stress that is caused by psychosocial factors. The behaviour of the heart in response to stress and physical activity is very similar in case the set of monitored parameters is reduced to one. Currently, the differentiation remains difficult and methods which only use the heart rate are not able to differentiate between stress and physical activity, without using additional sensor data input. The approach focusses on methods which generate signals providing characteristics that are useful for detecting stress, physical activity, no activity and relaxation.
Autismus-Spektrum-Störungen (ASD) bei Kindern werden häufig zu spät diagnostiziert und die Begleitung der chronischen Krankheit gestaltet sich schwierig. Der vorgestellte Ansatz erlaubt die Behandlung der Kinder in dem bekannten häuslichen Umfeld und versucht die Beziehungen zwischen Schlaf und Verhalten herauszuarbeiten. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen die Lebensqualität der Patienten verbessern und den Eltern Hilfestellung geben. Die notwendige infrastrukturelle Unterstützung wird durch medizinisches Fachpersonal geleistet, das auf einen web-basierten Service zurückgreifen kann, der sämtliche Prozesse (Diagnostik, Datenerfassung, -aufzeichnung und Training etc.) begleitet. Die anonymisierten Daten werden in einem Diagnosesystem zentral abgelegt und können so für zukünftige Behandlungsstrategien nutzbar sein. Die umfassende Lösung setzt auf zentrale Elemente von Smart-Homes und AAL auf.
Fatigue and drowsiness are responsible for a significant percentage of road traffic accidents. There are several approaches to monitor the driver's drowsiness, ranging from the driver's steering behavior to the analysis of the driver, e.g. eye tracking, blinking, yawning, or electrocardiogram (ECG). This paper describes the development of a low-cost ECG sensor to derive heart rate variability (HRV) data for drowsiness detection. The work includes hardware and software design. The hardware was implemented on a printed circuit board (PCB) designed so that the board can be used as an extension shield for an Arduino. The PCB contains a double, inverted ECG channel including low-pass filtering and provides two analog outputs to the Arduino, which combines them and performs the analog-to-digital conversion. The digital ECG signal is transferred to an NVidia embedded PC where the processing takes place, including QRS-complex, heart rate, and HRV detection as well as visualization features. The resulting compact sensor provides good results in the extraction of the main ECG parameters. The sensor is being used in a larger frame, where facial-recognition-based drowsiness detection is combined with ECG-based detection to improve the recognition rate under unfavorable light or occlusion conditions.
Die Erholung unseres Körpers und Gehirns von Müdigkeit ist direkt abhängig von der Qualität des Schlafes, die aus den Ergebnissen einer Schlafstudie ermittelt werden kann. Die Klassifizierung der Schlafstadien ist der erste Schritt dieser Studie und beinhaltet die Messung von Biovitaldaten und deren weitere Verarbeitung. Das non-invasive Schlafanalyse-System basiert auf einem Hardware-Sensornetz aus 24 Drucksensoren, das die Schlafphasenerkennung ermöglicht. Die Drucksensoren sind mit einem energieeffizienten Mikrocontroller über einen systemweiten Bus mit Adressarbitrierung verbunden. Ein wesentlicher Unterschied dieses Systems im Vergleich zu anderen Ansätzen ist die innovative Art, die Sensoren unter der Matratze zu platzieren. Diese Eigenschaft erleichtert die kontinuierliche Nutzung des Systems ohne fühlbaren Einfluss auf das gewohnte Bett. Das System wurde getestet, indem Experimente durchgeführt wurden, die den Schlaf verschiedener gesunder junger Personen aufzeichneten. Die ersten Ergebnisse weisen auf das Potenzial hin, nicht nur Atemfrequenz und Körperbewegung, sondern auch Herzfrequenz zu erfassen.
This document presents an algorithm for a nonobtrusive recognition of Sleep/Wake states using signals derived from ECG, respiration, and body movement captured while lying in a bed. As a core mathematical base of system data analytics, multinomial logistic regression techniques were chosen. Derived parameters of the three signals are used as the input for the proposed method. The overall achieved accuracy rate is 84% for Wake/Sleep stages, with Cohen’s kappa value 0.46. The presented algorithm should support experts in analyzing sleep quality in more detail. The results confirm the potential of this method and disclose several ways for its improvement.
The goal of this paper pretends to show how a bed system with an embedded system with sensor is able to analyze a person’s movement, breathing and recognizing the positions that the subject is lying on the bed during the night without any additional physical contact. The measurements are performed with sensors placed between the mattress and the frame. An Intel Edison board was used as an endpoint that served as a communication node from the mesh network to external service. Two nodes and Intel Edison are attached to the bottom of the bed frame and they are connected to the sensors.
This study is about estimating the reproducibility of finding palpation points of three different anatomical landmarks in the human body (Xiphoid Process and the 2 Hip Crests) to support a navigated ultrasound application. On 6 test subjects with different body mass index the three palpation points were located five times by two examiners. The deviation from the target position was calculated and correlated to the fat thickness above each palpation point. The reproducibility of the measurements had a mean error of ≈13.5 mm +- 4 mm, which seems to be sufficient for the desired application field.
In der Orthopädie werden Robotersysteme bereits seit mehreren Jahren erfolgreich unterstützend eingesetzt. Dieser Ansatz erfordert die vorgelagerte Erstellung eines digitalen Modells auf Basis von medizinischen Bilddatensätzen. Die Erstellung und Überprüfung der Modelle soll in einer browserbasierten Client- Server-Anwendung erfolgen. Hierfür ist die Darstellung von zweidimensionalen und dreidimensionalen Datensätzen erforderlich. Basis dieses Papers ist die Entwicklung eines Ansatzes zur interaktiven, browserbasierten dreidimensionalen Darstellung medizinischer Planungsdaten. Die Anwendung stellt ein Proof of Concept dar, ob die bestehenden Desktopanwendungen zur Darstellung von Planungsdaten ersetzt werden können. Mit Hilfe des Frameworks AMI.js wurde die Anwendung umgesetzt. Sie erfüllt alle definierten Anforderungen und kann somit die aktuellen Desktopanwendungen ersetzen.