Fachbereich Informatik
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In der Forschung und Entwicklung finden komplexe Prozesse zur Datenerzeugung, -verarbeitung, -analyse und -visualisierung statt. Oftmals sind an diesen Prozessen Partner aus verschiedenen Einrichtungen beteiligt. Um ihr gemeinsames Ziel zu erreichen, stellen sich die Partner gegenseitig Ressourcen, Daten und Applikationen zur Verfügung. Eine Plattform, die diese Form der Zusammenarbeit erleichtert, wird in der Einrichtung für Simulations- und Softwaretechnik (SISTEC) des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) mitentwickelt. Die komplexen Prozesse erfordern aber nicht nur, dass Ressourcen, Daten und Applikationen zur Verfügung stehen, sondern auch, dass diese sinnvoll miteinander verknüpft werden können. Die Verknüpfung mehrerer Applikationen zu einer neuen Applikation, sowie deren Ausführung mit bestimmten Eingabedaten kann durch ein Workflowsystem für die Anwender stark vereinfacht werden. Im Rahmen dieser Master-Thesis wird die erwähnte Plattform um ein solches Workflowsystem erweitert.
In order to help journalists investigate inside large audiovisual archives, as maintained by news broadcast agencies, the multimedia data must be indexed by text-based search engies. By automatically creating a transcript through automatic speech recognition (ASR), the spoken word becomes accessible to text search, and queries for keywords are made possible. But stil, important contextual information like the identity of the speaker is not captured. Especially when gathering original footage in the political domain, the identity of the speaker can be the most important query constraint, although this name may not be prominent in the words spoken. It is thus desireable to have this information provided explicitely to the search engine. To provide this information, the archive must be an alyzed by automatic Speaker Identification (SID). While this research topic has seen substantial gains in accuracy and robustness over last years, it has not yet established itself as a helpful, large-scale tool outside the research community. This thesis sets out to establish a workflow to provide automatic speaker identification. Its application is to help journalists searching on speeches given in the German parliament (Bundestag). This is a contribution to the News-Stream 3.0 project, a BMBF funded research project that addresses accessibility of various data sources for journalists.
In dieser Arbeit wurden zwei verschiedene Aspekte zum gemeinsamen Arbeiten in gemeinsam genutzten virtuellen Umgebungen behandelt. Zum einen wurden verschiedene Verfahren vorgestellt, die eine gleichzeitige Betrachtung zweier unterschiedlicher Ansichten auf einer Projektionsfläche ermöglichen (Switchen, Picture in Picture und Splitscreen). Der Schwerpunkt bei diesem Teil der Arbeit lag bei dem Splitscreen, da er zwei gleichwertige verzerrungsfreie Bilder beider Ansichten erzeugt. Um die korrekte Perspektive zu erhalten, wird der Sichtkegel der Betrachter vertikal in der Mitte geteilt. Dadurch kann ein betrachtetes Objekt am Bildrand abgeschnitten werden, weshalb die Kamera der Betrachter neu auf dieses Objekt ausgerichtet werden muss. Hierdurch können unterschiedliche Transformationen für beide Anwender erfolgen, wodurch das kollaborative Arbeiten gestört wird. Der zweite Aspekt dieser Arbeit beschäftigte sich mit einem Kollisionsproblem, welches auftreten kann, wenn mehrereBenutzer gemeinsam einen schmalen Durchgang passieren. Die Darstellung der virtuellen Umgebung erfolgt im TwoView. Hier steht den Benutzern eine frei begehbare Fläche zur Verfügung, auf der ihre realen Positionen erfasst und in die virtuelle Umgebung übertragen werden. Das Beschreiten der virtuellen Umgebung erfolgt anhand von Wegen, deren Ablaufgeschwindigkeit von einem Benutzer gesteuert werden kann. Stehen die Personen zu weit auseinander, um durch einen Durchgang zu passen, muss mindestens einer durch eine Wand laufen. Um dieses Problem zu beheben, wurde eine Pfadkorrektur implementiert, die entweder die Betrachter auf einem sicheren Weg durch diesen Durchgang leitet oder den begangenen Weg anhält. Da sowohl bei der Darstellung zweier Ansichten als auch bei der Pfadkorrektur der gemeinsame Raum beeinträchtigt werden kann, wurde zuletzt ein empirischer Test zur Bewertung dieses Effekts durchgeführt.
Für die Durchführung größerer Projekte innerhalb des DLR ist es häufig notwendig, dass sich Wissenschaftler fachübergreifend in Themengebiete einarbeiten müssen. Im Rahmen dieser Einarbeitung führen Wissenschaftler Recherchen in fremden Fachbereichen durch. Das DLR hat zu diesem Zweck das Wissensportal KnowledgeFinder entwickelt. Dieses Framework setzt klassische Suchverfahren zum Auffinden von Informationen in beliebigen Datenbeständen ein. Wenn Wissenschaftler in fremden Fachbereichen recherchieren, dann fällt es ihnen aufgrund des oberflächlichen Einblicks oftmals schwer, zielgerichtet nach Informationen zu suchen. Die im KnowledgeFinder eingesetzten klassischen Suchverfahren, die auf textueller und struktureller Ähnlichkeit basieren, können bei diesen unspezifischen Suchanfragen nur bedingt beim Auffinden von relevanten Informationen helfen. Aufgrund von Mehrdeutigkeiten und unterschiedlichen Kontexten stoße solche Verfahren oftmals an ihre Grenzen. Semantische Technologien haben zum Ziel diesen Mangel zu beheben. Hier wird neben der textuellen und strukturellen Ähnlichkeit zusätzlich die Dimension der Bedeutung betrachtet. In dieser Masterthesis wurde untersucht, ob die Suchergebnisqualität des KnowledgeFinder durch den Einsatz semantischer Technologien verbessert werden kann. Innerhalb einer Machbarkeitsstudie wurde dazu das KnowledgeFinder Framework um semantische Suchverfahren erweitert. Diese Verfahren sollen die fachübergreifende Recherche von DLR-Wissenschaftlern erleichtern, indem sie ihnen helfen, passende Suchergebnisse in den entsprechenden Fachbereichen zu finden.
Semantic Image Segmentation Combining Visible and Near-Infrared Channels with Depth Information
(2015)
Image understanding is a vital task in computer vision that has many applications in areas such as robotics, surveillance and the automobile industry. An important precondition for image understanding is semantic image segmentation, i.e. the correct labeling of every image pixel with its corresponding object name or class. This thesis proposes a machine learning approach for semantic image segmentation that uses images from a multi-modal camera rig. It demonstrates that semantic segmentation can be improved by combining different image types as inputs to a convolutional neural network (CNN), when compared to a single-image approach. In this work a multi-channel near-infrared (NIR) image, an RGB image and a depth map are used. The detection of people is further improved by using a skin image that indicates the presence of human skin in the scene and is computed based on NIR information. It is also shown that segmentation accuracy can be enhanced by using a class voting method based on a superpixel pre-segmentation. Models are trained for 10-class, 3-class and binary classification tasks using an original dataset. Compared to the NIR-only approach, average class accuracy is increased by 7% for 10-class, and by 22% for 3-class classification, reaching a total of 48% and 70% accuracy, respectively. The binary classification task, which focuses on the detection of people, achieves a classification accuracy of 95% and true positive rate of 66%. The report at hand describes the proposed approach and the encountered challenges and shows that a CNN can successfully learn and combine features from multi-modal image sets and use them to predict scene labeling.
In der vorliegenden Arbeit wird ein Verfahren zur Segmentierung von Außenszenen und Terrain-Klassifkation entwickelt. Dazu werden 360 Grad-Laserscanner-Aufnahmen von Straßen, Gebäudefassaden und Waldwegen aufgenommen. Von diesen Aufnahmen werden verschiedene visuelle Repräsentationen in 2D erstellt. Dazu werden die Distanzinformationen und Winkelübergänge der Polarkoordinaten, die Remissionswerte und der Normalenvektor eingesetzt. Die Berechnung des Normalenvektors wird über ein modernes Verfahren mit einerniedrigen Laufzeit durchgeführt. Anschließend werden Oberflächeneigenschaften innerhalb einer Punktwolke analysiert und vier Klassen unterschieden: Untergrund, Vegetation, Hindernis und Himmel. Die Segmentierung und Klassifkation geschieht in einem Schritt. Dazuwird die Varianz auf den N ormalen über eine Filtermaske berechnet und ein Deskriptor erstellt. Der Deskriptor beinhaltet die Normalenvektoren und die Normalenvarianz fürdie x-, y- und z-Achse. Die Ergebnisse werden als Überblendung auf dem Remissionsbilddargestellt. Die Auswertung wird über eigens erstellte Ground-Truth-Daten vorgenommen. Dazu wird das Remissionsbild genutzt und der Ground-Truth mit verschiedenen Farben eingezeichnet. Die Klassifkationsergebnisse sind in Precision-Recall-Diagrammen dargestellt.
In einem Grid steht Benutzern mit entsprechendem Zugang eine Vielzahl verteilter Ressourcen zur Verfügung. Die daraus entstehenden wirtschaftlichen und technischen Vorteile rechtfertigen die Portierung von bestehenden Desktop-Anwendungen. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Fragestellung, welche Einflussfaktoren bei der Portierung von Desktop-Anwendungen in ein Grid eine Rolle spielen können und wie diese in Hinblick auf die Machbarkeit zu bewerten sind. Basierend auf den zugrunde liegenden Softwarearchitekturen werden Architekturmerkmale von Desktop-Anwendungen identifiziert und Hypothesen darüber entwickelt, welche Aspekte den Portierungsprozess beeinflussen. Am Beispiel der Portierung der Anwendung „DataFinder“ der Abteilung Verteilte Systeme und Komponentensoftware des DLR werden die entwickelten Hypothesen überprüft. Die Erkenntnisse aus der Beispielportierung werden ausführlich dargestellt und anschließend kritisch diskutiert.
In the field of autonomous robotics, sensors have played a major role in defining the scope of technology and to a great extent, limitations of it as well. This cycle of constant updates and hence technological advancement has made given birth to some serious industries which were once inconceivable. Industries like autonomous driving which has a serious impact on safety and security of people, also has an equally harsh implication on the dynamics and economics of the market. With sensors like LiDAR and RADAR delivering 3D measurements as point clouds, there is a necessity to process the raw measurements directly and many research groups are working on the same. A sizable research has gone in solving the task of object detection on 2D images. In this thesis we aim to develop a LiDAR based 3D object detection scheme. We combine the ideas of PointPillars and feature pyramid networks from 2D vision to propose Pillar-FPN. The proposed method directly takes 3D point clouds as input and outputs a 3D bounding box. Our pipeline consists of multiple variations of proposed Pillar-FPN at the feature fusion level that are described in the results section. We have trained our model on the KITTI train dataset and evaluated it on KITTI validation dataset.
Objektrelationale Datenbanken und Rough Sets für die Analyse von Contextualized Attention Metadata
(2009)
This project focuses on object detection in dense volume data. There are several types of dense volume data, namely Computed Tomography (CT) scan, Positron Emission Tomography (PET), Magnetic Resonance Imaging (MRI). This work focuses on CT scans. CT scans are not limited to the medical domain; they are also used in industries. CT scans are used in airport baggage screening, assembly lines, and the object detection systems in these places should be able to detect objects fast. One of the ways to address the issue of computational complexity and make the object detection systems fast is to use low-resolution images. Low-resolution CT scanning is fast. The entire process of scanning and detection can be made faster by using low-resolution images. Even in the medical domain, to reduce the rad iation dose, the exposure time of the patient should be reduced. The exposure time of patients could be reduced by allowing low-resolution CT scans. Hence it is essential to find out which object detection model has better accuracy as well as speed at low-resolution CT scans. However, the existing approaches did not provide details about how the model would perform when the resolution of CT scans is varied. Hence in this project, the goal is to analyze the impact of varying resolution of CT scans on both the speed and accuracy of the model. Three object detection models, namely RetinaNet, YOLOv3, and YOLOv5, were trained at various resolutions. Among the three models, it was found that YOLOv5 has the best mAP and f1 score at multiple resolutions on the DeepLesion dataset. RetinaNet model h as the least inference time on the DeepLesion dataset. From the experiments, it could be asserted that sacrificing mean average precision (mAP) to improve inference time by reducing resolution is feasible.
This thesis proposes a multi-label classification approach using the Multimodal Transformer (MulT) [80] to perform multi-modal emotion categorization on a dataset of oral histories archived at the Haus der Geschichte (HdG). Prior uni-modal emotion classification experiments conducted on the novel HdG dataset provided less than satisfactory results. They uncovered issues such as class imbalance, ambiguities in emotion perception between annotators, and lack of representative training data to perform transfer learning [28]. Hence, the objectives of this thesis were to achieve better results by performing a multi-modal fusion and resolving the problems arising from class imbalance and annotator-induced bias in emotion perception. A further objective was to assess the quality of the novel HdG dataset and benchmark the results using SOTA techniques. Through a literature survey on the challenges, models, and datasets related to multi-modal emotion recognition, we created a methodology utilizing the MulT along with a multi-label classification approach. This approach produced a considerable improvement in the overall emotion recognition by obtaining an average AUC of 0.74 and Balanced-accuracy of 0.70 on the HdG dataset, which is comparable to state-of-the-art (SOTA) results on other datasets. In this manner, we were also able to benchmark the novel HdG dataset as well as introduce a novel multi-annotator learning approach to understand each annotator’s relative strengths and weaknesses for emotion perception. Our evaluation results highlight the potential benefits of the novel multi-annotator learning approach in improving overall performance by resolving the problems arising from annotator-induced bias and variation in the perception of emotions. Complementing these results, we performed a further qualitative analysis of the HdG annotations with a psychologist to study the ambiguities found in the annotations. We conclude that the ambiguities in annotations may have resulted from a combination of several socio-psychological factors and systemic issues associated with the process of creating these annotations. As these problems are also present in most multi-modal emotion recognition datasets, we conclude that the domain could benefit from a set of annotation guidelines to create standardized datasets.
Today publications are digitally available which enables researchers to search the text and often also the content of tables. On the contrary, images cannot be searched which is not a problem for most fields, but in chemistry most of the information are contained in images, especially structure diagrams. Next to the "normal" chemical structures, which represent exactly one molecule, there also exist generic structures, so called Markush structures. These contain variable parts and additional textual information which enable them to represent several molecules at once. This can vary between just a few and up to thousands or even millions. This ability lead to a spread of Markush structures in patents, because it enables patents to protect entire families of molecules at once. Next to the prevention of an enumeration of all structures it also has the advantage that, if a Markush structure is used in a patent, it is much harder to determine whether a specific structure is protected by it or not. To solve the question about the protection of a structure, it is necessary to search the patents. Appropriate databases for this task already do exist, but are filled manually. An automatic processing does not yet exist. In this project a Markush structure reconstruction prototype is developed which is able to reconstruct bitmaps including Markush structures (meaning a depiction of the structure and a text part describing the generic parts) into a digital format and save them in the newly developed context-free grammar based file format extSMILES. This format is searchable due to its context-free grammar based design. To be able to develop a Markush structure reconstruction prototype, an in depth analysis of the concept of Markush structures and their requirements for a reconstruction process was performed. Thereby it is stated, that the common connection table concept of the existing file formats is not able to store Markush structures. Especially challenging are conditions for most of the formats. Thus, a context-free grammar based file format is developed, which extends the SMILES format. This extSMILES called format assures the searchability of the results by its context-free grammar based concept, and is able to store all information contained in Markush structures. In addition it is generic, extendable and easily understandable. The developed prototype for the Markush structure reconstruction uses extSMILES as output format and is based on the chemical structure recognition tool chemoCR and the Unstructured Information Management Architecture UIMA. For chemoCR modules are developed which enable it to recognize and assemble Markush structures as well as to return the reconstruction result in extSMILES. For UIMA on the other hand, a pipeline is developed, which is able to analyse and translate the input text files to extSMILES. The results of both tools then are combined and presented in chemoCR. An evaluation of the prototype is performed on a representative set of twelve structures of interest and low image quality which contain all typical Markush elements. Trivial structures containing only one R-group are not evaluated. Due to the challenging nature of the images, no Markush structure could be correctly reconstructed. But by regarding the assumption, that R-group definitions which are described by natural language are excluded from the task, and under the condition that the core structure reconstruction is improved, the rate of success can be increased to 58.4%.
Augmented Reality (AR) findet heutzutage sehr viele Anwendungsbereiche. Durch die Überlagerung von virtuellen Informationen mit der realen Umgebung eignet sich diese Technologie besonders für die Unterstützung der Benutzer bei technischen Wartungs- oder Reparaturvorgängen. Damit die virtuellen Daten korrekt mit der realen Welt überlagert werden, müssen Position und Orientierung der Kamera durch ein Trackingverfahren ermittelt werden. In dieser Arbeit wurde für diesen Zweck ein markerloses, modellbasiertes Trackingsystem implementiert. Während einer Initialisierungs-Phase wird die Kamerapose mithilfe von kalibrierten Referenzbildern, sogenannten Keyframes, bestimmt. In einer darauffolgenden Tracking-Phase wird das zu trackende Objekt weiterverfolgt. Evaluiert wurde das System an dem 1:1 Trainingsmodell des biologischen Forschungslabors Biolab, welches von der Europäischen Weltraumorganisation ESA zur Verfügung gestellt wurde.
The recent explosion of available audio-visual media is the new challenge for information retrieval research. Audio speech recognition systems translate spoken content to the text domain. There is a need for searching and indexing this data which possesses no logical structure. One possible way to structure it on a high level of abstraction is by finding topic boundaries. Two unsupervised topic segmentation methods were evaluated with real-world data in the course of this work. The first one, TSF, models topic shifts as fluctuations in the similarity function of the transcript. The second one, LCSeg, approaches topic changes as places with the least overlapping lexical chains. Only LCSeg performed close to a similar real-world corpus. Other reported results could not be outperformed. Topic analysis based on the repeated word usage models renders topic changes more ambiguous than expected. This issue has more impact on the segmentation quality than the state-of-the-art ASR word error rate. It could be concluded that it is advisable to develop topic segmentation algorithms with real-world data to avoid potential biases to artificial data. Unlike evaluated approaches based on word usage analysis, methods operating with local contexts can be expected to perform better through emulation of semantic dependencies.
Das WebDAV-Protokoll (Web-based Distributed Authoring and Versioning) ermöglicht die Bearbeitung und Verwaltung von Dateien auf einem Web-Server. Aus technischer Sicht ist WebDAV eine Erweiterung des HTTP-Protokolls. Durch die rasche Zunahme und den steigenden Verbreitungsgrad von WebDAV-basierten Anwendungen, wie etwa Dokumentenmanagementsystemen, steigen auch die Anforderungen an deren Zuverlässigkeit. Die voll umfassende Unterstützung von Transaktionen, d.h. die Zusammenfassung einer Menge von Verarbeitungsschritten zu einer logischen Einheit, würde hierzu einen wichtigen Beitrag leisten. Die für Transaktionen geforderten Eigenschaften, die gleichzeitig auch deren Hauptvorteile darstellen, werden durch das bekannte Akronym ACID beschrieben, welches für Atomarität (atomicity), Konsistenz (consistency), Isoliertheit (isolation) und Dauerhaftigkeit (durability) steht. Zurzeit unterstützt das WebDAV-Protokoll allerdings nur die Punkte Konsistenz und Dauerhaftigkeit, eine komplette und vor allem standardkonforme Unterstützung der ACID-Eigenschaften von Transaktionen ist nicht gegeben. Im Rahmen dieser Arbeit wurde nun ein Transaktionsmodell für den WebDAVStandard erarbeitet. Das Modell ermöglicht es, eine Menge von Dateioperationen transaktionsbasiert durchzuführen. Das Modell unterstützt dabei zur Sicherstellung der Serialisierbarkeit sowohl optimistische als auch pessimistische Verfahren. Die Unterstützung des optimistischen Verfahrens wurde dabei von der IETF (Internet Engineering Task Force) als zulässiges und sinnvolles Vorgehen zur Realisierung von Transaktionen mittels WebDAV bestätigt. Für die pessimistischen Verfahren wurde im Rahmen dieser Arbeit aufgezeigt, wie die bestehenden Konzepte des WebDAV-Standards erweitert werden müssen, um dies ebenfalls umsetzen zu können. Um die getroffene Entwurfsentscheidung zu verifizieren, wurde eine prototypische Implementierung des Modells vorgenommen. Hierbei wurde, nach einer entsprechenden Evaluierung und Bewertung, die optimistische Nebenläufigkeitskontrolle umgesetzt. Clientseitig setzt die Implementierung auf der Jackrabit-Library auf, die serverseitige Implementierung verwendet als Grundlage den WebDAV-Server von Subversion.
This master thesis describes a supervised approach to the detection and the identification of humans in TV-style video sequences. In still images and video sequences, humans appear in different poses and views, fully visible and partly occluded, with varying distances to the camera, at different places, under different illumination conditions, etc. This diversity in appearance makes the task of human detection and identification to a particularly challenging problem. A possible solution of this problem is interesting for a wide range of applications such as video surveillance and content-based image and video processing. In order to detect humans in views ranging from full to close-up view and in the presence of clutter and occlusion, they are modeled by an assembly of several upper body parts. For each body part, a detector is trained based on a Support Vector Machine and on densely sampled, SIFT-like feature points in a detection window. For a more robust human detection, localized body parts are assembled using a learned model for geometric relations based on Gaussians. For a flexible human identification, the outward appearance of humans is captured and learned using the Bag-of-Features approach and non-linear Support Vector Machines. Probabilistic votes for each body part are combined to improve classification results. The combined votes yield an identification accuracy of about 80% in our experiments on episodes of the TV series "Buffy the Vampire Slayer". The Bag-of-Features approach has been used in previous work mainly for object classification tasks. Our results show that this approach can also be applied to the identification of humans in video sequences. Despite the difficulty of the given problem, the overall results are good and encourage future work in this direction.
Neural network based object detectors are able to automatize many difficult, tedious tasks. However, they are usually slow and/or require powerful hardware. One main reason is called Batch Normalization (BN) [1], which is an important method for building these detectors. Recent studies present a potential replacement called Self-normalizing Neural Network (SNN) [2], which at its core is a special activation function named Scaled Exponential Linear Unit (SELU). This replacement seems to have most of BNs benefits while requiring less computational power. Nonetheless, it is uncertain that SELU and neural network based detectors are compatible with one another. An evaluation of SELU incorporated networks would help clarify that uncertainty. Such evaluation is performed through series of tests on different neural networks. After the evaluation, it is concluded that, while indeed faster, SELU is still not as good as BN for building complex object detector networks.
Die letzten zwei Jahrzehnte wurden durch das exponentielle Wachstum der zur Verfügung stehenden Daten geprägt. Täglich produzieren Menschen und Maschinen mehr und mehr Daten, die oftmals in verteilten Datenspeichern abgelegt werden. Anwendungsgebiete lassen sich beispielsweise in der Physik und Astronomie finden, wo immense Datenmengen von Teilchenbeschleunigern oder Satelliten erzeugt werden, die gespeichert und verarbeitet werden müssen. Aus diesen Datenmengen können weder vom Menschen direkt noch durch traditionelle Analysemethoden neue Erkenntnisse gewonnen werden. Zur Verarbeitung dieser Datenmassen sind parallele sowie verteilte Datenanalyseverfahren notwendig. [MTT18,NEKH+18]
Machine learning-based solutions are frequently adapted in several applications that require big data in operations. The performance of a model that is deployed into operations is subject to degradation due to unanticipated changes in the flow of input data. Hence, monitoring data drift becomes essential to maintain the model’s desired performance. Based on the conducted review of the literature on drift detection, statistical hypothesis testing enables to investigate whether incoming data is drifting from training data. Because Maximum Mean Discrepancy (MMD) and Kolmogorov-Smirnov (KS) have shown to be reliable distance measures between multivariate distributions in the literature review, both were selected from several existing techniques for experimentation. For the scope of this work, the image classification use case was experimented with using the Stream-51 dataset. Based on the results from different drift experiments, both MMD and KS showed high Area Under Curve values. However, KS exhibited faster performance than MMD with fewer false positives. Furthermore, the results showed that using the pre-trained ResNet-18 for feature extraction maintained the high performance of the experimented drift detectors. Furthermore, the results showed that the performance of the drift detectors highly depends on the sample sizes of the reference (training) data and the test data that flow into the pipeline’s monitor. Finally, the results also showed that if the test data is a mixture of drifting and non-drifting data, the performance of the drift detectors does not depend on how the drifting data are scattered with the non-drifting ones, but rather their amount in the test set
Estimation of Prediction Uncertainty for Semantic Scene Labeling Using Bayesian Approximation
(2018)
With the advancement in technology, autonomous and assisted driving are close to being reality. A key component of such systems is the understanding of the surrounding environment. This understanding about the environment can be attained by performing semantic labeling of the driving scenes. Existing deep learning based models have been developed over the years that outperform classical image processing algorithms for the task of semantic labeling. However, the existing models only produce semantic predictions and do not provide a measure of uncertainty about the predictions. Hence, this work focuses on developing a deep learning based semantic labeling model that can produce semantic predictions and their corresponding uncertainties. Autonomous driving needs a real-time operating model, however the Full Resolution Residual Network (FRRN) [4] architecture, which is found as the best performing architecture during literature search, is not able to satisfy this condition. Hence, a small network, similar to FRRN, has been developed and used in this work. Based on the work of [13], the developed network is then extended by adding dropout layers and the dropouts are used during testing to perform approximate Bayesian inference. The existing works on uncertainties, do not have quantitative metrics to evaluate the quality of uncertainties estimated by a model. Hence, the area under curve (AUC) of the receiver operating characteristic (ROC) curves is proposed and used as an evaluation metric in this work. Further, a comparative analysis about the influence of dropout layer position, drop probability and the number of samples, on the quality of uncertainty estimation is performed. Finally, based on the insights gained from the analysis, a model with optimal configuration of dropout is developed. It is then evaluated on the Cityscape dataset and shown to be outperforming the baseline model with an AUC-ROC of about 90%, while the latter having AUC-ROC of about 80%.
Die Matrix-Vektor-Multiplikation für dünn besetzte Matrizen (SpMV) stellt für weitreichende wissenschaftliche Anwendungen eine der Kernoperationen des High-Performance-Computing-Bereichs dar. Für die verteilte Berechnung mit immer beliebter werdenden hybriden Rechenclustern kommt dabei die Frage nach einer geeigneten Partitionierungsstrategie für die Verteilung von Daten und Berechnung auf. Diese Arbeit beschäftigt sich damit welchen Einfluss die Struktur der Matrix und die unterschiedlichen Prozessortypen auf die Leistung der SpMV haben und schlägt ein Modell vor, um für diese eine lastbalancierte Verteilung zu erreichen. Wesentliche Bestandteile sind dabei die Laufzeitvorhersage für aktuelle CPUs und GPUs basierend auf einem abgewandelten Roofline-Modell sowie die bewährte Methode der Graph-Partitionierung.
In der Arbeit wurde ein Steuerungsframework für die LAMA-Bibliothek (http://www.libama.org) zur Konfiguration von Lösern linearer Gleichungssysteme entwickelt. Hierzu wurde ein Parser mit der Boost.Spirit-Biblithek realisiert, der die Laufzeitinterpretation einer domänenspezifische Sprache (DSL) erlaubt. Durch die Konfigurationssprache ist es möglich, Löser ohne Einschränkungen über ihre ID zu verknüpfen, diesen Lösern Logger und logisch verknüpfte Haltekriterien zuzuordnen.
Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) führt viele Forschungen und Studien im Bereich der Luft- und Raumfahrt durch. Dabei spielen die Studien für die Gesundheit und Medizin auch eine sehr wichtige Rolle bei der DLR. Zu diesem Zweck führt die DLR die Artificial Gravity bed rest study (AGBRESA) im Auftrag der European Space Agency (esa) und in Kooperation der NASA durch. In dieser Studie werden die negativen Auswirkungen der Schwerelosigkeit auf dem Menschen im Weltall simuliert. Dabei werden Experimente durchgeführt, um die negative Auswirkungen entgegenzuwirken. Die Ergebnisse der Experimente werden in der DLR digital, aber auch auf Papier dokumentiert. In diesem Master-Projekt habe ich nun die Aufgabe, die Papierprotokolle für den Bereich der Blutabnahme und der Labordokumentation in eine digitale Form zu ersetzen.
Graphbasierte Diskussionen sind eine Form von Online-Diskussionen, bei denen eine Diskussion als Graph visualisiert wird. Beispielhafte Diskussionsanwendungen sind unter anderem Belvedere [SWCP95], FreeStyler [Gas03] oder Digalo [LK06]. Graphen dieser Art sind, was bestimmte Eigenschaften betrifft, vergleichbar mit Petri-Netzen [Pet62]. So gibt es bei Beiden gewichtete, gerichtete Kanten sowie Knoten verschiedenen Typs, die jeweils bestimmte Eigenschaften besitzen. Im Gegensatz zu einem Petri-Netz, das immer ein bipartiter Graph ist, können bei einem Diskussionsgraphen jedoch prinzipiell alle Knoten miteinander verbunden werden. Moderatoren solcher Diskussionen sind oftmals mit dem Problem konfrontiert, dass sie mehrere Diskussionen gleichzeitig beobachten wollen, was jedoch aufgrund der Komplexität der Struktur von Diskussionsgraphen kaum effizient möglich ist.
As cameras are ubiquitous in autonomous systems, object detection is a crucial task. Object detectors are widely used in applications such as autonomous driving, healthcare, and robotics. Given an image, an object detector outputs both the bounding box coordinates as well as classification probabilities for each object detected. The state-of-the-art detectors are treated as black boxes due to their highly non-linear internal computations. Even with unprecedented advancements in detector performance, the inability to explain how their outputs are generated limits their use in safety-critical applications in particular. It is therefore crucial to explain the reason behind each detector decision in order to gain user trust, enhance detector performance, and analyze their failure.
Previous work fails to explain as well as evaluate both bounding box and classification decisions individually for various detectors. Moreover, no tools explain each detector decision, evaluate the explanations, and also identify the reasons for detector failures. This restricts the flexibility to analyze detectors. The main contribution presented here is an open-source Detector Explanation Toolkit (DExT). It is used to explain the detector decisions, evaluate the explanations, and analyze detector errors. The detector decisions are explained visually by highlighting the image pixels that most influence a particular decision. The toolkit implements the proposed approach to generate a holistic explanation for all detector decisions using certain gradient-based explanation methods. To the author’s knowledge, this is the first work to conduct extensive qualitative and novel quantitative evaluations of different explanation methods across various detectors. The qualitative evaluation incorporates a visual analysis of the explanations carried out by the author as well as a human-centric evaluation. The human-centric evaluation includes a user study to understand user trust in the explanations generated across various explanation methods for different detectors. Four multi-object visualization methods are provided to merge the explanations of multiple objects detected in an image as well as the corresponding detector outputs in a single image. Finally, DExT implements the procedure to analyze detector failures using the formulated approach.
The visual analysis illustrates that the ability to explain a model is more dependent on the model itself than the actual ability of the explanation method. In addition, the explanations are affected by the object explained, the decision explained, detector architecture, training data labels, and model parameters. The results of the quantitative evaluation show that the Single Shot MultiBox Detector (SSD) is more faithfully explained compared to other detectors regardless of the explanation methods. In addition, a single explanation method cannot generate more faithful explanations than other methods for both the bounding box and the classification decision across different detectors. Both the quantitative and human-centric evaluations identify that SmoothGrad with Guided Backpropagation (GBP) provides more trustworthy explanations among selected methods across all detectors. Finally, a convex polygon-based multi-object visualization method provides more human-understandable visualization than other methods.
The author expects that DExT will motivate practitioners to evaluate object detectors from the interpretability perspective by explaining both bounding box and classification decisions.