Bachelorarbeiten f√ľr Informatik

  1. Erweiterung eines Power Management Controllers um Hardware-Triggering
  2. 3D Eyeball generation based on vein motion
  3. EyeTrace CUDA extesion
  4. Vein extraction and eye rotation determination
  5. Saccade Bundles
  6. Gaze Counter
  7. Automatisierter Scanpath Vergleich
  8. Klassifikation emotionaler Zustände durch Herzratenvariabilität
  9. Anwendung bekannter Algorithmen zur Klassifikation von Augenbewegungen aus Messdaten von Realfahrten bei der Daimler AG
  10. Auswahl und Evaluierung von Metriken zum Vergleichen von Bildern
  11. Visualisierung von Software-Konfigurationsnetzen durch Graphen

Erweiterung eines Power Management Controllers um Hardware-Triggering

Hintergrund:

Bei der Entwicklung von digitalen Systemen (z.B. Prozessoren) kommen h√§ufig Sprachen wie Verilog oder VHDL zum Einsatz mit Hilfe derer man sowohl die Struktur als auch das Verhalten einer Schaltung beschreiben kann. Die so entwickelten Systeme k√∂nnen anschlie√üend mit Hilfe von Tools simuliert, synthetisiert und implementiert werden und somit schlussendlich als ASIC gefertigt werden. W√§hrend Verilog und VHDL die funktionale Beschreibung eines Designs abdecken, erm√∂glicht das sogenannte Unified Power Format die Beschreibung von Power Designs. Power Designs beschreiben das Versorgungsnetzwerk eines Chips, um es z.B. zu erm√∂glichen, Komponenten mit einer hohen Leistungsaufnahme gezielt abschalten zu k√∂nnen. Sogenannte Power Management Controller sind hierbei daf√ľr zust√§ndig, das Power Design so anzusteuern, dass Komponenten an- und abgeschaltet werden, je nachdem ob sie ben√∂tigt werden oder nicht sie wieder.  Wir haben das Unified Power Format in vorangegangenen Arbeiten um die Spezifikation von Power Management Controllern erweitert und zus√§tzlich ein Scala/Java-Tool entwickelt, dass aus dem UPF-Code entsprechenden Verilog-Code f√ľr einen solchen Controller erzeugt und in das System integriert. Ein so generierter Power Management Controller kann dann √ľber eine Software von einem Prozessor aus gesteuert werden.

Aufgabenstellung:

In dieser Bachelorarbeit soll das bestehende Tool so erweitert werden, dass neben der Software-steuerung auch Hardware-Events (von z.B. Sensoren) einen Umschaltvorgang auslösen können und der Power Management Controller damit sowohl software- als auch hardwareseitig gesteuert werden kann. Zum Einsatz kommt hauptsächlich die Sprache Scala mit der Bibliothek SpinalHDL1 zur Imple-
mentierung des Tools. Kenntnisse in Verilog/VHDL sind hilfreich aber nicht zwingend notwendig.

Ansprechpartner: Dustin Peterson

3D Eyeball generation based on vein motion

The first step is robust feature extraction. This can be done using SURF, SIFT, BRISK
or MSER features if sufficient. Those features have to be mapped on features found in
consecutive images. Based on the displacement a 3D model has to be computed. This model is used afterwards for gaze position estimation.

Ansprechpartner: Wolfgang Fuhl, Dr. Thomas K√ľbler

EyeTrace CUDA extesion

EyeTrace is a software for gaze data visualization and analysis. Due to the increasing amount of data these visualizations need more computation time. In this thesis existing visualizations should be implemented using CUDA for GPU computations. Additionally this includes a data storage model making it possible to shift the data between the GPU and the host computer.
Due to the fact that nowadays not all computers have a CUDA capable card the modul should also allow CPU computations. This should be determined automatically by the module.

Ansprechpartner: Wolfgang Fuhl, Dr. Thomas K√ľbler

Vein extraction and eye rotation determination

The first step is setting up an recording environment with fixed subject position. This
environment is used for data acquisition with predefined head rotations of the subjects. Based on this data an algorithm has to be developed measuring the eyeball rotation of the subject. The resulting angle is then compared and validated based on the head rotation.

Ansprechpartner: Wolfgang Fuhl, Dr. Thomas K√ľbler

Saccade Bundles

This project is about applying (and probably adjusting) a linear time clustering algorithm for brain fiber activity to work with saccadic trajectories. The result will be a clustering of saccades (= saccade bundle).

The algorithm will be applied to eye-tracking data recorded while viewing fine art and while driving. These bundles could give insight into the perception of art (e.g. do saccades follow composition lines) and can be used to quantify saccadic distributions and traversals towards different interesting areas for driving (e.g. control gaze towards the rear mirror). The algorithm will be included in our eye-tracking data analysis software EyeTrace.

Ansprechpartner: Dr. Thomas K√ľbler

Gaze Counter

W√§hrend in der Online-Werbebranche die Erfolgskontrolle f√ľr eine bestimmte Werbeanzeige z.B. durch die Anzahl der Klicks oder eine Klick/Kauf-Rate relativ einfach durchgef√ľhrt werden kann, ist dies f√ľr Offline-Medien nicht immer ganz so einfach: Wie oft wird beispielsweise ein bestimmtes Plakat pro Tag betrachtet? Erregt ein Design mehr Aufmerksamkeit, als ein anderes? Ist ein h√∂herer Preis f√ľr einen bestimmten Plakatstandort gerechtfertigt? Das Blickverhalten ist in der Werbebranche ein g√§ngiger Indikator. Eye-Tracking Studien sind aber teuer und aufw√§ndig auszuwerten.

Aufgabestellung:

In diesem Projekt soll ein sogenannter ‚ÄĚGaze Counter‚ÄĚ erstellt werden: Eine kamerabasierte Messvorrichtung, die das Blickverhalten von Passanten automatisch auswerten kann und dabei bestimmt, ob ein Objekt in seiner N√§he (z.B. ein Werbeplakat, auf das der Gaze Counter aufgesetzt wurde) betrachtet wurde. So kann mit wenig Aufwand gemessen werden, wann wie viele Personen f√ľr wie lange auf ein Objekt geschaut haben.

Ansprechpartner: Dr. Thomas K√ľbler

Automatisierter Scanpath Vergleich

Beschreibung:
Menschen können ihre Aufmerksamkeit gezielt lenken. Eine Methode diese Aufmerksamkeitszuweisung aufzuzeichnen sind Eye-Tracking Aufnahmen: Objekte, die momentan interessant sind, werden mit den Augen fixiert. Oftmals ist es nicht nur interessant, wohin einzelne Individuen ihre Aufmerksamkeit lenken, sondern auch ein Vergleich zwischen Individuen oder verschiedenen Zeitpunkten. Hierzu werden diese auf einfache Elemente reduziert: Fixationen und Sakkaden (schnelle Augenbewegungen). Die zeitliche Abfolge und räumliche Position von Fixationen und Sakkaden nennt man Scanpath. Aktuelle Vergleichsmetoden basieren auf zwei verschiedenen Ansätzen:

  • Umwandlung des Scanpaths in eine String-Repr√§sentation und Anwenden bioinformatischer String-Alignment Techniken.
  • Vergleich der Scanpaths als Vektorpfad.

Beide Methoden zeichne sich durch massive Einschränkungen und sehr begrenzte Anwendbarkeit aus: Sie funktionieren generell nur bei einfachen Scanpaths und unbewegtem Betrachter gut. Deshalb ist die Analyse von Hand noch immer sehr verbreitet, obwohl hierdurch Objektivität verloren geht und viel Zeit nötig ist.

Aufgabenstellung:
Ziel dieser Arbeit ist die Verbesserung bestehender Scanpath Vergleichsmethoden. Dies beinhaltet zum einen das Finden geeigneter Distanzmetriken, zum anderen die Anwendung von Pattern-Recognition Verfahren. Das Erkennen und Wiederfinden kurzer Wiederholter Muster (Schulterblick oder Blick in den R√ľckspiegel beim Autofahren) k√∂nnte die momentane Verfahren deutlich verbessern.

Ansprechpartner: Jun.-Prof. Dr. Enkelejda Kasneci, Dr. Thomas K√ľbler

Klassifikation emotionaler Zustände durch Herzratenvariabilität

Beschreibung:

Der Ausdruck und das Verstehen von Emotionen stellen nicht nur √úberleben sondern auch unser Wohlbefinden im t√§glichen Leben sicher. Menschliche Kommunikation und damit Entscheidungsfindungen basieren stark auf Emotionen. Wissenschaftler erforschen diesen Sachverhalt im Feld Mensch-Computer Interaktion,umdieInteraktionzwischenMenschen und elektronischen Gera ?ten zu verbessern. Mit dem Aufkommen von kosteng√ľnstiger mobiler Hardware, welche es erlaubt die Herzaktivit√§t oder andere k√∂rperliche Signale aufzuzeichnen, ist das Interesse solche Informationen in Alltagsger√§tschaften wie Smartphones zu integrieren stetig gestiegen. Neben der quantified-self Bewegung hat der wissenschaftliche Aspekt automatisiert k√∂rperliche Signale in Kommunikationshilfen f√ľr bewegungseingeschr√§nkte Menschen zu integrieren hohe Wichtigkeit.

Ziele:

Die Ziele dieser Thesis sind zweifältig. Analyse bereits aufgenommener Herzaktivitätdaten durch Herzratenvariabilität bezogen auf drei unterschiedliche emotionale Zustände, i.e. angenehm, neutral, unangenehm. Automatisierte Klassifikation dieser Merkmale in geeignetem maschinellem Lernansatz.

Ansprechpartner: Dirk Tassilo Hettich

Anwendung bekannter Algorithmen zur Klassifikation von Augenbewegungen aus Messdaten von Realfahrten bei der Daimler AG

Beschreibung:
Bei der Bestimmung der visuellen Aufmerksamkeit eines Fahrers spielen Augenbewegungen, insbesondere Fixationen und Sakkaden, eine entscheidende Rolle. Zur Erkennung dieser Augenbewegungen auf Basis eines Kamerasignals sind in den letzten Jahren verschiedene Algorithmen entwickelt worden. Inwieweit diese Algorithmen auch bei Messdaten geringerer Qualität, wie z.B. aus Realfahrten, zuverlässige Ergebnisse liefern, muss jedoch evaluiert werden.

 

Aufgabenstellung:
Nach der Einarbeitung in den Stand-der-Technik, sollen bestehende Verfahren zur Klassifikation der Augenbewegungen in MATLAB re-implementiert werden. In einem ersten Schritt sollen diese Algorithmen auf Kameradaten h√∂herer Qualit√§t aus Fahrsimulatorfahrten angewendet und mit den Ergebnissen aus der Literatur verglichen werden. Anschliessend werden sie auf reale Fahrdaten erwarteter Serienqualit√§t angewendet und ggf. an diese Daten geringerer Qualit√§t angepasst. Zudem werden die Algorithmen in ein online-f√§higes Simulinkmodell zur Verwendung im Versuchstr√§ger √ľbertragen werden.

Ansprechpartner: Jun.-Prof. Dr. Enkelejda Kasneci

Auswahl und Evaluierung von Metriken zum Vergleichen von Bildern

Hintergrund:

Im Rahmen eines laufenden Projekts zur nachtr√§glichen Erzeugung von Umweltbedingungen werden Verfahren zur Verifikation der Algorithmen ben√∂tigt. Daf√ľr ist es notwendig, die k√ľnstlich erzeugten Szenen mit Bildern echter Umwelt- und Witterungsbedingungen zu vergleichen. Hierzu steht uns bisher nur eine kleine Anzahl an M√∂glichkeiten zu Verf√ľgung. Um eine umfassende Bewertung der erzeugten Bilder zu erm√∂glichen, interessiert uns, welche Metriken die besten Aussagen √ľber die √Ąhnlichkeit zweier Bilder hinsichtlich definierter Eigenschaften zulassen.

Aufgabenstellung:

Es sollen Methoden aus der Statistik und Bildverarbeitung ausgew√§hlt, in MATLAB umgesetzt und schlie√ülich hinsichtlich ihrer Eignung bewertet werden. Wird beispielsweise die Bildhelligkeit k√ľnstlich variiert, soll das k√ľnstliche Bild sich m√∂glichst √§hnlich zu einem Bild der gleichen Szene unter anderen Lichtverh√§ltnissen verhalten. Und in dieser Arbeit sollen die entsprechenden Metriken, die eine solche Aussage zulassen getesten und gefunden werden. Erste Ansatzpunkte sind vorhanden, eine weitergehende Recherche nach geeigneten Verfahren ist aber notwendig. Die ben√∂tigten Testdaten werden zur Verf√ľgung gestellt.

Ansprechpartner: Dennis Hospach, Stefan M√ľller

Visualisierung von Software-Konfigurationsnetzen durch Graphen

Moderne PKW sind vergleichbar mit verteilt arbeitenden Softwaresystemen und jede im Fahrzeug verwendete Steuergeräte-Software unterliegt einem umfangreichen Versions- und Variantenmanagement. Grundlage dieser Versions- und Variantensteuerung ist eine netz- bzw. baumartige Struktur aus Konfigurationseinheiten und deren Beziehungen zueinander. Ziel der Arbeit ist die Erstellung eines Konzepts zur Visualisierung dieser Konfigurationsinformationen auf der Basis eines selbst gewählten Visualisierungswerkzeugs (z.B. yEd)

Ansprechpartner: Prof. Dr. Wolfgang Rosenstiel