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Kiefer, Gundolf; Vahl, Matthias; Sarcher, Julian; Schäferling, Michael

A Configurable Architecture for the Generalized Hough Transform Applied to the Analysis of Huge Aerial Images and to Traffic Sign Detection

2016

Athanas, Peter (Ed.) et al.: 2016 International Conference on Reconfigurable Computing and FPGAs : ReConFig16. New York: The Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), 2016, 7 p.

International Conference on Reconfigurable Computing and FPGAs (ReConFig) <2016, Cancun, Mexico>

Object recognition in huge image data sets or in live camera images at interactive frame rates is a very demanding task, especially within embedded systems. The recognition task includes the localization of a reference object and its rotation and scaling in a search image. The Generalized Hough Transform (GHT) is known as a powerful and robust technique to support this task by transforming the search image into a 4D parameter space. However, the GHT itself is very complex and demanding towards computational power and memory consumption. This paper presents a novel hardware architecture to perform a complete 4D GHT at interactive frame rates in an FPGA. The architecture is configurable in order to allow a trade-off between performance, accuracy and hardware usage. The proposed architecture has been implemented in a low-cost Zynq-7000 FPGA and successfully evaluated in two practical applications, namely groyne detection in aerial images and traffic sign detection.

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Bihler, Markus; Vahl, Matthias; Krause, Tom; Kiefer, Gundolf

Real-time Line Detection in Omnidirectional Images with an FPGA for Monitoring and Reporting Applications in Production Processes

2015

Lukas, Uwe von (Ed.) et al.: Go-3D 2015: Computergraphik für die Praxis : Tagungsband zur Konferenz Go-3D 2015. Stuttgart: Fraunhofer Verlag, 2015, pp. 81-96

Go-3D <7, 2015, Rostock, Germany>

In this paper we introduce an approach to FPGA-based line detection in omnidirectional images, taken by an upward-oriented camera. This approach can be used as a basic technology for indoor positioning and therefore for many applications which need to estimate the user positions inside electromagnetically shielded buildings or ship hulls. The detected lines can be compared with lines from the edge model which is derived from the existing CAD model of the surrounding room. The paper starts with a short summary of related work in the domain of indoor positioning, the mathematics behind line detection by the Hough Transformation (HT) as well as an explanation of the Omnidirectional Hough Transform (OHT). In the second part the context of the main contribution is described including the hardware setup and application requirements. After that a novel approach to line detection using the OHT on FPGA is presented and the OHT Module is introduced. Then we show the results and make a comparison between our FPGA implementation and the implementation on a desktop computer. The paper ends up with a conclusion and an outlook to future works.

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Vahl, Matthias; Lukas, Uwe von; Urban, Bodo; Kuijper, Arjan

Semi-automatic Analysis of Huge Digital Nautical Charts of Coastal Aerial Images

2015

Braz, José (Ed.) et al.: VISAPP 2015 - Volume III : Proceedings of the International Conference on Computer Vision Theory and Applications. SciTePress, 2015, pp. 100-107

International Conference on Computer Vision Theory and Applications (VISAPP) <10, 2015, Berlin, Germany>

Geo-referenced aerial images are available in very high resolution. The automated production and updating of electronic nautical charts (ENC), as well as other products (e.g. thematic maps), from aerial images is a current challenge for hydrographic organizations. Often standard vision algorithms are not reliable enough for robust object detection in natural images. We thus propose a procedure that combines processing steps on three levels, from pixel (low-level) via segments (mid-level) to semantic information (high level). We combine simple linear iterative clustering (SLIC) as an efficient low-level algorithm with a classification based on texture features by supported vector machine (SVM) and a generalized Hough transformation (GHT) for detecting shapes on mid-level. Finally, we show how semantic information can be used to improve results from the earlier processing steps in the high-level step. As standard vision methods are typically much too slow for such huge-sized images and additionally geographical references must be maintained over the complete procedure, we present a solution to overcome these problems.

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Krause, Tom; Lukas, Uwe von (Betreuer); Vahl, Matthias (Betreuer); Gutzeit, Enrico (Betreuer)

Ereignisdetektion in Bildfolgen

2014

Rostock, Univ., Diplomarbeit, 2014

Diese Diplomarbeit behandelt die Ereigniserkennung in Bildfolgen. Dabei soll der Anwendungsfall "Ereignisdetektion in an Bord von Fischereifahrzeugen aufgenommenen Überwachungsvideos" adressiert werden. Nach einem Überblick über die Grundlagen werden Konzeption und Umsetzung eines Systems erläutert, welches die Ereigniserkennung erleichtern soll. Bedingt durch den Anwendungsfall wird dabei vermehrt auf die Erkennung von Meerwasser eingegangen, welches einen wichtigen Kontext für viele Ereignisse da stellt.

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Lukas, Uwe von; Vahl, Matthias; Mesing, Benjamin

Maritime Applications of Augmented Reality - Experiences and Challenges

2014

Shumaker, Randall (Ed.) et al.: Virtual Augmented and Mixed Reality. Applications of Virtual and Augmented Reality. Proceedings Part II : VAMR 2014. Berlin, Heidelberg, New York: Springer, 2014. (Lecture Notes in Computer Science (LNCS) 8526), pp. 465-475

International Conference Virtual Augmented and Mixed Reality (VAMR) <6, 2014, Heraklion, Crete, Greece>

The paper summarizes experiences from applied research in visual computing for the maritime sector. It starts with initial remarks on Augmented Reality in general and the specific boundary conditions of the maritime industry. The focus is on a presentation of various concrete AR applications that have been implemented for use cases in maritime engineering, production, operation and retrofitting. The paper closes with remarks on future research in this area.

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Bieber, Gerald; Papenfuß, Frank; Vahl, Matthias; Woitzel, Egmont

Prototyping-Plattform zur Pose-Erfassung mobiler Geräte mit optischen und Inertialsensoren

2014

Bieber, Gerald (Ed.) et al.: WOAR 2014 : Proceedings of the Workshop on Sensor-based Activity Recognition. Stuttgart: Fraunhofer Verlag, 2014, pp. 39-50

Workshop on Sensor-Based Activity Recognition (WOAR) <1, 2014, Rostock, Germany>

In diesen Artikel wird eine Prototyping-Plattform zur Erfassung von Position und Orientierung mobiler Geräte mittels verschiedener Sensoren vorgestellt. Nach der Darstellung des Standes der Technik und der Anwendung in unterschiedlichen Bereichen wird die Plattform mit ihren Sensoren beschrieben. Anschließend werden die im Forschungsvorhaben eKon1 bereits entwickelten und geplanten Verfahren vorgestellt. Hierbei wird detailliert auf die Nutzung einer nach oben gerichteten, fischäugigen Kamera (Deckenkamera) eingegangen, um abschließend einen Ausblick auf die zu erwarteten Ergebnisse und Entwicklungen zu geben.

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Vahl, Matthias; Lukas, Uwe von; Schwabe, Claas

SEAKISS - Semantisches Erfassen des Küstensaums für digitale Seekarten

2014

Rostock, 2014

Die Produktion elektronischer Seekarten und Papierkarten erfolgt heute bereits teilweise aus einer gemeinsamen Datenbasis. Hierdurch werden Redundanzen vermieden und die Produktion spezieller Themenkarten beschleunigt. Allerdings ist die Ersterfassung und Aktualisierung dieser Datenbasis unter Verwendung georeferenzierter Orthofotos immer noch ein zeit- und kostenaufwändiger manueller Prozess. In dieser Studie wird untersucht, inwieweit sich Verfahren der Computer Vision zur teilautomatischen Auswertung von Orthofotos einsetzen lassen. Nach der Darstellung der Ausgangssituation, der Anforderungen und Randbedingungen sowie einer Eingrenzung des Testgebietes werden die Aufgaben präzisiert, die zur Beantwortung der Fragestellung bearbeitet werden müssen. Der aktuelle Stand der Wissenschaft und Technik wird präsentiert und hinsichtlich der Aufgabenstellung bewertet. Kern der Studie ist die Herleitung einer fünfstufigen Verarbeitungspipeline, bestehend aus aufeinander folgenden Verarbeitungsschritten. Jeder Schritt wird detailliert beschrieben. Insbesondere wird gezeigt, welche Technologien und Algorithmen der Bildverarbeitung einzusetzen sind. Aufbauend auf dem Vorwissen der Bearbeiter sowie einer gezielten Literaturrecherche wurden verschiedene Technologieexperimente durchgeführt, um die Eignung in Frage kommender Ansätze für die jeweiligen Teilschritte unter Nutzung des relevanten Bildmaterials bewerten zu können. Die Auswertung der Technologieexperimente erlaubt eine fundierte Bewertung der untersuchten Verfahren in den unterschiedlichen Schritten der Pipeline. Einfache Bildverarbeitungsalgorithmen, die auf das Erkennen einzelner Objekte abzielen, erweisen sich für solch komplexe Eingangsdaten als ungeeignet. Es erscheint daher notwendig, durch ein modellbasiertes Verfahren vorhandenes Domänenwissen zu nutzen. Erst die Kombination von Low-Level-Verfahren zur Erkennung mit interpretierenden High- Level-Verfahren verspricht Erfolg. Die Studie beantwortet auch die Frage nach der Art der Wissensrepräsentation - wie kann das Domänenwissen möglichst vollständig abgebildet werden? Mathematische, regelbasierte Verfahren sind für die Vielfalt und große Varianz der zu erkennenden Objekte zu starr und nicht fehlertolerant genug. Neuronale Netze erscheinen weniger geeignet, da sie schnell sehr komplex werden und die Schwäche haben, auf Nichterlerntes stochastisch zu reagieren. Wahrscheinlichkeitsbasierte Ansätze sind dagegen zielführend. Der automatisierte Aufbau des Domänenmodells und dessen Parametrisierung bleiben Gegenstand weiterer Untersuchungen. Die besonderen Randbedingungen, die sich durch die Domäne Seekarte des Küstensaums ergeben, wurden in die Untersuchung aufgenommen. Es wird beispielsweise erörtert, inwieweit sich Standard- Bildverarbeitungsalgorithmen auf große Datenbestände anwenden lassen und wie die Georeferenzierung der erkannten Objekte in die Datenbasis des Produktionssystems zurückgeführt werden kann. Neben den Untersuchungen zu einzelnen Teilschritten wird eine Architektur in Form einer durchgängigen Verarbeitungspipeline vom Einlesen eines Kartenabschnittes, über drei Erkennungsschritte, bis hin zur Ausgabe der gefundenen Geoobjekte vorgeschlagen. Die Studie schließt mit der Empfehlung, diese Architektur in einem Forschungsprojekt umzusetzen und deren Eignung anhand eines größeren Testgebietes und weiterer Objektklassen zu untersuchen.

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Schwabe, Claas; Vahl, Matthias (Betreuer); Bieber, Gerald (Betreuer)

Stabilisierung optischer Trackingverfahren durch Inertialsensorik

2014

Rostock, Univ., Master Thesis, 2014

In dieser Arbeit wurde der Einsatz von Inertialsensorik zur Stabilisierung optischer Trackingverfahren untersucht. In der Literatur wurde schon häufig aufgezeigt, dass durch das Nutzen von Inertialsensoren das optische Tracking deutlich verbessert werden kann. Unklar ist jedoch noch, wie genau die Daten der Inertialsensoren optimal genutzt werden können. Dazu gibt es laut einschlägiger Forschungsliteratur verschiedene Möglichkeiten. Hierbei wurde gezeigt, dass in einem inside-out Verfahren eine vollständige Einbringung der Inertialdaten in Form von Translationsbeschleunigungen und Rotationsgeschwindigkeiten in den Zustandsvektor der Bewegungsschätzung dem Nutzen von ausschließlich der gemessenen Rotationsgeschwindigkeiten überlegen ist. Für eine outside-in Anordnung ist dem Autor solch eine Untersuchung nicht bekannt. Aufgrund der komplementären Eigenschaften der beiden Anordnungen, können die Ergebnisse der inside-out Anordnung jedoch nicht ohne Weiteres auf die outside-in Anordnung übertragen werden. In dieser Arbeit wurde deshalb untersucht, ob eine vollständige Einbringung der Inertialdaten ebenfalls die besten Resultate bringt. Hierzu wurde ein inertial-visueller Tracker entwickelt. Neben der Frage, welche Daten der Inertialsensoren und wie genau diese zur Stabilisierung optischer Trackingverfahren genutzt werden können, ist weiterhin die Datenanbindung der Sensoren zu einer gemeinsamen Verarbeitungseinheit essentiell für die Echtzeitfähigkeit eines optisch-inertialen Trackingsystems. Das verwendete Kommunikationsprotokoll muss ebenfalls echtzeitfähig sein. Das heißt, es muss ein deterministisches Zeitverhalten aufweisen. Zu diesem Zweck wurden in dieser Arbeit die Protokolle Bluetooth, ZigBee und 802.11g auf ihre prinzipielle Echtzeiteignung untersucht und experimentell bestätigt, dass sie out-of-the-box nicht echtzeitfähig sind, sondern entsprechende Mechanismen in der Anwendungsschicht implementiert werden müssen.

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Henke, Birgit; Vahl, Matthias; Zhou, Zhiliang

Removing Color Cast of Underwater Images through Non-Constant Color Constancy Hypothesis

2013

Loncaric, Sven (Ed.) et al.: ISPA 2013 : 8th International Symposium on Image and Signal Processing and Analysis, pp. 20-24

International Symposium on Image and Signal Processing and Analysis (ISPA) <8, 2013, Trieste, Italy>

Color cast is a crucial problem for color image processing. White balance has been widely used to eliminate color cast to improve the image's quality. Most of white balance implementations are based on color constancy hypothesis. A wellknown color constancy hypothesis is given in [1], unifying White Patch [2], Grey World [3], Shades of Grey [4], and Grey Edge [1] assumptions in one expression. However, this general hypothesis works on underwater images not as reliable as on common images. In the color constancy hypothesis for common scenes, the ambient light source is spatial constant. But in underwater scenes, the light suffers from serious attenuation, especially in the red part of the visible spectrum. This attenuation causes spatial variance of the ambient light source, which lets classic color constancy hypothesis fail. In this paper, we propose a novel low-level image feature-based color constancy hypothesis for underwater scenes. Based on this hypothesis, we propose an algorithm, using a distance map to estimate multiple gain factors to remove the color cast.

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Bieber, Gerald; Haescher, Marian; Vahl, Matthias

Sensor Requirements for Activity Recognition on Smart Watches

2013

The University of Texas at Arlington (UTA): Proceedings of the 6th International Conference on PErvasive Technologies Related to Assistive Environments : PETRA 2013. New York: ACM, 2013, 6 p.

ACM International Conference on PErvasive Technologies Related to Assistive Environments (PETRA) <6, 2013, Rhodes Island, Greece>

The new generation of watches is smart. Smart watches are connected to the internet and provide sensor functionality that allows an enhanced human-computer-interaction. Smart watches provide a gesture interaction and a permanent monitoring of physical activities. In comparison to other electronic home consumer devices with integrated sensors, Smart watches provide monitoring data for 24h per day, many watches are water resistant and can be worn constantly. The integrated sensors are varying in performance and are not intended to distinguish between different states of activity and inactivity. This paper reports on identified requirements on sensors of smart watches for detection of activity, inactivity as well as sleep detection. Hereby a new measurement quantity is introduced and applications of heart beat detection or wearing situation are presented.

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Vahl, Matthias; Lukas, Uwe von

Toward Automated Façades Generation from Oblique Aerial Images

2013

Tourre, Vincent (Ed.) et al.: UDMV 2013 : Eurographics Workshop on Urban Data Modelling and Visualisation. The Eurographics Association, 2013. (Eurographics Workshop and Symposia Proceedings Series), pp. 5-8

Eurographics Workshop on Urban Data Modelling and Visualisation (UDMV) <1, 2013, Girona, Spain>

In this paper we introduce an approach for automatic recognition and description of building façades from oblique aerial images. This approach does not use street-side images, like Google StreetView, but aerial images to derive photorealistic city models. The paper starts with a short summary of the state of the art in the domain of imagebased modeling, automated recognition and description of façades from (oblique aerial) images. Then the context of the research project is described including the hardware setup and and application requirements for complex façade analysis. Afterwards a novel approach of a grid graph model with traversers is suggested to solve the problem of façade recognition. The framework that implements the approach in a flexible manner is introduced. Finally, the paper ends with a conclusion and an outlook to future works.

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Gries, Volker; Vahl, Matthias; Woitzel, Egmont

Mobile 3D-Assistenz für Wartung und Instandhaltung

2012

Lukas, Uwe von (Ed.) et al.: Go-3D 2012: Computergraphik für die Praxis : Tagungsband zur Konferenz Go-3D 2012. Stuttgart: Fraunhofer Verlag, 2012, pp. 171-177

Go-3D <5, 2012, Rostock, Germany>

Aktuelle Herausforderungen in der praktischen Wartung und Instandhaltung von technischen Anlagen waren der Anlass für ein Verbundforschungsprojekt, in dem Softwareassistenzsysteme entwickelt wurden, die 3D-Techniken und mobile Computer nutzen, um ein Einsatzteam durch vielfältige Information über eine Anlage und die Darstellung von Anlagenzuständen zu unterstützen. Der Beitrag gibt einen Überblick über die Projektergebnisse und geht detaillierter auf die Verwendung von 3D-Technologien für Verbesserung der Zusammenarbeit eines vor Ort tätigen Wartungsteams mit einem zur Problemlösung hinzugezogenen, entfernt agierenden Experten ein.

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Reinke, Stefan; Gutzeit, Enrico; Mesing, Benjamin; Vahl, Matthias

Tracking Technical Objects in Outdoor Environment Based on CAD Models

2012

Bebis, George (Ed.) et al.: Advances in Visual Computing. 8th International Symposium, ISVC 2012 : Proceedings, Part I. Berlin, Heidelberg, New York: Springer, 2012. (Lecture Notes in Computer Science (LNCS) 7431), pp. 437-446

International Symposium on Visual Computing (ISVC) <8, 2012, Rethymnon, Crete, Greece>

Tracking objects under difficult conditions is a challenging topic in many real life and outdoor applications. In particular persistent occlusion of large parts of the model, difficult lighting conditions, and a noisy background result in a failure of many available algorithms. To overcome these difficult problems we significantly extend the existing RAPiD approach, in particular by putting sample control points at random intervals, and providing the possibility for fix points. We show how to automatically extract an edge model that is suitable for tracking from CAD models. The benefit of our approach is presented by means of a real life outdoor application scenario suffering from the mentioned bad conditions. We obtain relative translation and rotation errors that are only moderately higher than those in less challenging setups.

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Süß, Mathias; Lukas, Uwe von (Betreuer); Vahl, Matthias (Betreuer); Audersch, Stefan (Betreuer)

3D-Rekonstruktion technischer Anlagen und semantische Anreicherung

2011

Rostock, Univ., Diplomarbeit, 2011

Störungsfälle im Bereich der Großanlagen stellen, auf Grund des erforderlichen Expertenwissens und der meist großen räumlichen Distanz zwischen dem Fertigungsort und dem Anlagenstandort, ein großes Problem dar. Um dennoch die Kenntnisse eines Experten nutzen zu können, wird häufig auf Telefon- oder Videokonferenztechniken zurückgegriffen. Diese Techniken limitieren allerdings die Interaktionsmöglichkeit des Experten mit der fernen Anlage. Speziell die unabhängige Untersuchung der Anlage durch den Remoteexperten ist ein großes Problem. Ziel dieser Arbeit ist es, Methoden zu entwickeln und zu untersuchen, die dem Experten mehr Freiheiten bietet, um Informationen über den Zustand einer Anlage zu erhalten und den Monteur vor Ort effektiver zu unterstützen.

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Peckhaus, Martin; Vahl, Matthias (Betreuer); Gutzeit, Enrico (Betreuer)

Erkennen repetitiver Strukturen aus entzerrten Fassadenaufnahmen

2011

Mainz, JGU, Bachelorarbeit, 2011

Diese Bachelorarbeit behandelt die Erkennung wiederkehrender Strukturelemente in entzerrten Fassadenaufnahmen. Dem Überblick über die Grundlagen der Strukturerkennung folgt die Erläuterung zur Konzeption und Umsetzung des Systems zur Strukturerkennung. Dabei greift das System hauptsächlich auf Erkenntnisse der Symmetrieerkennung zurück, um Strukturen erkennen zu können. Weiterhin werden Überleitungen zur Regelmäßigkeitserkennungen gebildet. Abschließend werden Testresultate vorgestellt und es wird gezeigt, dass Symmetrieerkennung ein Grundstein zur Strukturerkennung sind kann.

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Deistung, Eik; Kolewe, Björn; Vahl, Matthias; Lukas, Uwe von

MARSPEED - Ein skalierbarer Trainingssimulator für Bodeneffektfahrzeuge

2011

Lukas, Uwe von (Ed.) et al.: Go-3D 2011: Computergraphik für die Praxis : Tagungsband zur Konferenz Go-3D 2011. Stuttgart: Fraunhofer Verlag, 2011, pp. 75-94

Go-3D <4, 2011, Rostock, Germany>

Bodeneffektfahrzeuge nutzen den gleichnamigen Effekt aus, um sich mit hoher Geschwindigkeit über das Wasser zu bewegen. Sie sind als Boote klassifiziert und erreichen dennoch Geschwindigkeiten von bis zu 200 km/h. Diese hohe Geschwindigkeit und das vergleichsweise instabile Bewegungsverhalten erfordern ein Training am Simulator. Ziel im Projekt MARSPEED war daher die Entwicklung eines Trainingssimulators für maritime Hochgeschwindigkeitsfahrzeuge. Vom Fraunhofer IGD wurde in Zusammenarbeit mit der Universität Rostock und der Hochschule Wismar in diesem Verbundprojekt eine Architektur zur Nahe-Echtzeit-Verbindung von Simulation, Visualisierung und Lern-Management konzipiert und umgesetzt. Außerdem wurde ein visuelles System entwickelt, bestehend aus Visualisierung der Fahrersicht, Anzeigen der Instrumente (Dash-board) sowie Ankopplung der Eingabegeräte. Sowohl begleitend als auch abschließend wurden die (Teil-)Ergebnisse aus technischer, didaktischer und ergonomischer Sicht evaluiert. Als Ergebnis liegen ein Konzept und die prototypische Umsetzung eines skalierbaren Trainingssimulators vor. Kernstück ist die echtzeitfähige, realitätsnahe Simulation und Visualisierung von Bodeneffektfahrzeugen. Es wurde weiterhin gezeigt, dass eine enge Kopplung des Simulators zu CBT (Computer Based Training) sinn-voll zur Umsetzung moderner Blended Learning-Konzepte genutzt werden kann.

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Bünting, Lars; Vahl, Matthias (Betreuer); Mesing, Benjamin (Betreuer)

Optisches Erkennen großer technischer Strukturen

2011

Wismar, Hochschule, Master Thesis, 2011

Ziel dieser Arbeit ist das optische Erkennen großer technischer Strukturen durch Verfahren der 3D-Rekonstruktion und 3D-Segmentierung. Dazu werden gängige Verfahren vorgestellt und verfügbare Lösungen zur 3D-Rekonstruktion verglichen, um so einen Überblick über den Stand der Technik zu ermöglichen. Eine darauf aufbauende Auswahl von verfügbaren Technologien, zusammen mit etablierten Segmentierungs-Verfahren aus Bildverarbeitung und Data Mining, angewandt auf den 3D-Raum, ergeben eine umfassende Prozesskette zur 3D-Rekonstruktion und 3D-Segmentierung, welche die gestellten Anforderungen erfüllt. Segmentiert wurde auf Punktdaten, da die 3D-Rekonstruktionsergebnisse hier genauer sind. Texturierte Drahtgittermodelle, welche andere Algorithmen zur Segmentierung ermöglicht hätten, wurden nicht verwendet. Die 3D-Segmentierung wird dazu mit einem eigenen Programm, welches unter Verwendung von modernen Bibliotheken zur Visualisierung und Interaktion, vereint unter einer intuitiv zu bedienenden Oberfläche, prototypisch umgesetzt. Für die 3D-Segmentierung werden verschiedene, aus dem 3D-Modell extrahierbare, Informationen genutzt, in ihrer Eignung bewertet und kombiniert.

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Gutzeit, Enrico; Vahl, Matthias; Zhou, Zhiliang; Lukas, Uwe von

Skin Cluster Tracking and Verification for Hand Gesture Recognition

2011

Loncaric, Sven (Ed.) et al.: ISPA 2011 : 7th International Symposium on Image and Signal Processing and Analysis. Zagreb: University of Zagreb, 2011, pp. 241-246

International Symposium on Image and Signal Processing and Analysis (ISPA) <7, 2011, Dubrovnik, Croatia>

Device free communication is getting more and more popular. A comfortable and easy way to accomplish this is interaction with hand gestures. A very good gesture recognition system is required in order to avoid frustration among users. The major challenge in hand gesture recognition lies in an accurate segmentation of the hand. The accurate segmentation of skin colored body parts is an active field of research, and much research has been done to solve this segmentation problem with skin models or skin classification rules. In this paper we address hand segmentation and introduce a novel approach based on the extraction, tracking and verification of skin clusters in color space during runtime. An evaluation shows, that our approach performs significantly better than other approaches used for comparison.

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Vahl, Matthias; Lieckfeldt, Peter

Automatisierte Erkennung und Beschreibung von Fassaden aus Schrägluftbildern

2010

Lukas, Uwe von (Ed.) et al.: Go-3D 2010: Go for Innovations : Tagungsband der Konferenz Go-3D 2010. Stuttgart: Fraunhofer Verlag, 2010, pp. 119-131

Go-3D <3, 2010, Rostock, Germany>

Im Beitrag wird ein Lösungsansatz für das automatisierte Erkennen und Beschreiben von Häuser-Fassaden aus Schrägluftbildern aufgezeigt. Dabei wird nicht auf Bilder aus Befahrungen (z. B. von Google StreetView) zurückgegriffen, sondern es werden fotorealistische Stadtmodelle aus Schrägluftbildern extrahiert. Voraussetzungen hierfür sind eine entsprechende Auflösung der im Flugzeug montierten Aufnahmekameras, eine optimierte Bildvorverarbeitung sowie eine komplexe modellbasierte Fassaden-Analyse. Der Beitrag stellt nach einer Zusammenfassung des Forschungsstandes auf dem Teilgebiet der bildbasierten Modellierung den aktuellen Arbeitsstand für die automatisierte Erkennung und Beschreibung von Fassaden aus Schrägluftbildern vor. Zudem wird ein entsprechendes Evaluierungskonzept vorgeschlagen und eine Einordnung der vorgestellten Arbeiten vorgenommen.

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Gutzeit, Enrico; Vahl, Matthias; Woitzel, Egmont

Erkennung von Handgesten und Kopforientierung in einem generellen 3D-Tracking-Framework

2010

Lukas, Uwe von (Ed.) et al.: Go-3D 2010: Go for Innovations : Tagungsband der Konferenz Go-3D 2010. Stuttgart: Fraunhofer Verlag, 2010, pp. 85-95

Go-3D <2, 2010, Rostock, Germany>

In diesem Artikel beschreiben wir das Konzept für unser binokulares System zur Erkennung von Handgesten und Kopforientierung und -position (Kopf-Pose) zur Interaktion mit beliebigen Anwendungen. Einzeln betrachtet gibt es eine Fülle von Lösungen für die Erkennung von Handgesten bzw. der Kopf-Pose, aber nicht für Beides gemeinsam. Das Problem wird in diesem Artikel adressiert und eine konzeptuelle Lösung basierend auf einem Tracking in einem generischem Weltmodel und einer adaptiven Hautsegmentierung vorgestellt. Das Konzept entstand im Kontext des Projektes REMUS.

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Büschel, Wolfgang; Gutzeit, Enrico (Betreuer); Vahl, Matthias (Betreuer)

Gestenklassifikation mittels maschinellen Lernens auf vorverarbeiteten Videoströmen

2010

Magdeburg, Univ., Bachelor Thesis, 2010

Diese Bachelorarbeit behandelt die Klassifikation statischer und dynamischer Handgesten mittels Methoden des maschinellen Lernens. Nach einem Überblick über die Grundlagen der Gestenerkennung werden Konzeption und Umsetzung eines Systems zur Handgestenerkennung erläutert. Das vorgestellte System nutzt dabei einen bekannten Hintergrund mit Markern für die Hand-Detektion und basiert auf der Klassifikation statischer Gesten durch Support Vector Machines und die Modellierung dynamischer Gesten als endliche Automaten. Weiterhin werden Erweiterungen in den Bereichen der Handerkennung und -verfolgung vorgestellt, die dazu dienen das System auf unbekannte Hintergründe anwenden zu können. Testresultate für beide Systeme werden vorgestellt und es wird gezeigt, dass die Erkennung von Handgesten mit den verwendeten Methoden möglich ist.

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Lukas, Uwe von; Mahnke, Eva-Maria; Vahl, Matthias

Go-3D 2010: Go for Innovations: Tagungsband der Konferenz Go-3D 2010

2010

Stuttgart : Fraunhofer Verlag, 2010

Go-3D <3, 2010, Rostock, Germany>

Unter dem Motto "Go for Innovations" präsentiert die Go-3D 2010 aktuelle Technologien der 3D-Computergraphik und deren Nutzen in der maritimen Wirtschaft. Wissenschaftler aus dem Bereich der angewandten Forschung und Entwicklung sowie Praktiker aus Unternehmen demonstrieren zahlreiche Anwendungen, diskutieren Einsatzpotenziale und zeigen aktuelle Trends auf. Veranstalter der Konferenz ist das Kompetenznetzwerk "Go-3D - Effiziente Prozesskette für 3D-Computergraphik". Es wird gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie. Die "Go-3D 2010" soll die erfolgreich begonne Tradition des Netzwerkgedankens fortsetzen. Sie soll ein Forum für den fachlichen Austausch zwischen praxisorientierten Forschern und aufgeschlossenen Entwicklern sowie Anwendern bieten.

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Mesing, Benjamin; Vahl, Matthias; Lukas, Uwe von; Below, Robert

Ein Authoring-Ansatz zum Einbringen von Verhalten in schiffbauliche VR-Anwendungen

2009

Lukas, Uwe von (Ed.) et al.: Go-3D 2009: Go for Innovations : Tagungsband der Konferenz Go-3D 2009. Stuttgart: Fraunhofer Verlag, 2009, pp. 103-116

Go-3D <2, 2009, Rostock, Germany>

CAD-Systeme exportieren beim 3D-Datenexport in der Regel reine Geometriedaten. VR-Szenarien erfordern aber häufig zusätzliche Funktionalität (Verhalten) für Objekte und die VR-Anwendungen. Dieses Verhalten wird im Nachgang möglichst automatisiert hinzugefügt, wobei die Zuordnung des Verhaltens aber zunächst manuell definiert worden sein muss. In diesem Artikel wird ein Ansatz vorgestellt, wie für X3D-basierte Systeme komplexes Verhalten modelliert und automatisch zur Szene zugefügt werden kann. Weiterhin wird ein Authoring-Ansatz vorgestellt, mit dem die Zuordnung des Verhaltens zu den Objekten der Szene visuell und somit durch die Endanwender bzw. Systemverwalter erfolgen kann.

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Mesing, Benjamin; Vahl, Matthias; Lukas, Uwe von

Ein ganzheitlicher Ansatz für den Einsatz von VR im schiffbaulichen Sektor

2009

Gausemeier, Jürgen (Ed.) et al.: Augmented und Virtual Reality in der Produktentstehung : Grundlagen, Methoden und Werkzeuge. Paderborn: Heinz Nixdorf Institut, 2009. (HNI-Verlagsschriftenreihe 252), pp. 275-288

Paderborner Workshop Augmented & Virtual Reality in der Produktentstehung <8, 2009, Paderborn, Germany>

Im schiffbaulichen Sektor behindern noch fehlende schiffbauspezifische Funktionalitäten existierender VR-Anwendungen sowie eine mangelnde Integration der VR-Anwendungen in die Systemlandschaft und die Prozesse den umfassenden Einsatz von VR. In dieser Arbeit wird ein ganzheitlicher Ansatz vorgestellt, der Hilfestellungen für den Einführungsprozess von VR gibt sowie eine Architektur beschreibt, die es ermöglicht Module entsprechend den Anforderungen des Schiffbaus umzusetzen. Es werden zwei Industrieszenarien vorgestellt, in denen dieser Ansatz genutzt wurde, um den VR-Einsatz zu realisieren.

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Lukas, Uwe von; Mahnke, Eva-Maria; Vahl, Matthias

Go-3D 2009: Go for Innovations: Tagungsband der Konferenz Go-3D 2009

2009

Stuttgart : Fraunhofer Verlag, 2009

Go-3D <2, 2009, Rostock, Germany>

Unter dem Motto "Go for Innovations" präsentiert die Go-3D 2009 aktuelle Technologien der 3D-Computergraphik und deren Nutzen in der maritimen Wirtschaft. Wissenschaftler aus dem Bereich der angewandten Forschung und Entwicklung sowie Praktiker aus Unternehmen demonstrieren zahlreiche Anwendungen, diskutieren Einsatzpotenziale und zeigen aktuelle Trends auf. Veranstalter der Konferenz ist das Kompetenznetzwerk "Go-3D - Effiziente Prozesskette für 3D-Computergraphik". Es wird gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie.

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Friedewald, Axel; Lukas, Uwe von; Nedeß, Christian; Mesing, Benjamin; Schaefer, Christoph; Schleusener, Sebastian; Vahl, Matthias

USE-VR - Schiffbau-Engineering mit Virtual Reality - Adaption an die Unikatfertigung

2009

Projektträger Jülich, Forschungszentrum Jülich (PTJ): Statustagung Schifffahrt und Meerestechnik 2009 : Tagungsband. Jülich: Forschungszentrum Jülich, 2009, pp. 42-57

Statustagung Schifffahrt und Meerestechnik 2009 <4, 2009, Rostock, Germany>

Die Wettbewerbsfähigkeit des deutschen Schiffbaus, die heute zum einen in der Systemkompetenz für den Bau komplexer Schiffe (z. B. Kreuzfahrtschiffe, RoRo- Schiffe, Spezialtanker) und zum anderen in einer leistungsfähigen Zulieferindustrie liegt, kann durch den Einsatz innovativer IuK-Technik, die auch das Zusammenwirken der Wertschöpfungspartner erleichtert, weiter gesteigert werden. Virtual Reality als Instrument einer realitätsnahen, interaktiven Technik zur teamgerichteten Visualisierung und Modifikation von Konstruktionslösungen kann dazu beitragen, die Effizienz des Produktentstehungsprozesses durch Verringerung von Iterationsschleifen oder die Vermeidung des Baus physischer Mockups zu erhöhen und die Anwendungsgerechtheit des Entwurfs durch Operating-Untersuchungen frühzeitig nachzuweisen. Dazu ist es zum einen notwendig, die VR-Systeme an die Bedarfe der schiffbaulichen Produktentwicklung anzupassen und in die betriebliche DV-Landschaft zu integrieren und zum anderen bestehende Anwendungshemmnisse zu beseitigen. Im Rahmen des Projektes USE-VR wurden die Einsatzmöglichkeiten für VRTechnologien durch verschiedene Maßnahmen vorangetrieben. Dazu wurde ein szenariengetriebener Ansatz gewählt. Ausgehend von der Analyse verschiedener Szenarien der Industriepartner, die das Forschungsvorhaben aktiv in einem Industrie-Arbeitskreis begleiteten, wurden von der TUHH und dem Fraunhofer IGD/ZGDV generelle Vorgehensbeschreibungen und Handlungshilfen für Einführung und Einsatz von VR entwickelt. Die wissenschaftlich technischen Ergebnisse wurden kontinuierlich anhand der Szenarien geprüft und validiert. Schließlich wurden die Industrieszenarien mit Hilfe der erarbeiten Ansätze umgesetzt und die Ansätze damit noch einmal auf ihre Tauglichkeit geprüft. Nach diesem Vorgehen wurden im Projekte folgende wesentliche Ergebnisse erarbeitet: - Einsatzszenarien für VR im schiffbaulichen Sektor, - Vorgehensmodell für die Einführung von VR und die Umsetzung von VRSzenarien, - Handlungshilfen für die Unterstützung bei den einzelnen im Vorgehensmodell beschriebenen Schritten und - Technische Lösungsbausteine für die Adaption von VR-Software für den schiffbaulichen Sektor.

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Below, Robert; Vahl, Matthias (Betreuer)

Natürliche Steuerung einer VR-Anwendung mittels Gesten und Sprache

2008

Wismar, Hochschule, Master Thesis, 2008

In einigen Bereichen der technischen Produktion haben VR-Technologien, als unterstützendes Element in der Konstruktion/Planung oder auch Problemanalyse, Einzug gehalten. Sie dienen dem Konstrukteur nicht nur bei der Planung des späteren Produktes oder der Koordination der Herstellung, sondern können auch nach der Fertigstellung bei der Lösung auftretender Probleme helfen. Bei der Darstellung von VR-Szenarien kommen häufig Mehrseitenprojektionen oder CAVEs zum Einsatz, welche dem Anwender einen immersiven Eindruck vermitteln sollen. Dieser Aufbau, in Kombination mit einer freien Navigation, schließt deswegen herkömmliche (größtenteils tischgebundene) Interaktionsgeräte, wie etwa Tastatur oder Maus, oft aus. Eingesetzt werden Geräte mit mehr Freiheitsgraden (z.B. Spacemouse) oder kabellose Geräte (z.B. Gamepads, PDAs). Diese Interaktionsmöglichkeiten könnten durch eine natürliche Steuerung mittels Handgesten und Sprache erweitert bzw. teilweise ersetzt werden. Der Vorteil solcher natürlichen Steuerungen liegt darin, dass sie für den Anwender sehr verständlich sind, und sich somit leicht erlernen lassen. Zudem befreien sie den Anwender fast vollständig vom Tragen zusätzlicher Hardware. In dieser Arbeit soll deshalb untersucht werden, welche Gesten und Sprachkommandos für ein Szenario im Bereich des Engineering geeignet sind, wie diese sich implementieren lassen, und welchen Nutzen sie für die Anwendung bringen.

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Mesing, Benjamin; Vahl, Matthias; Lukas, Uwe von

The USE-VR Platform - A Framework for Interoperability among Different VR Solutions

2008

5th Intuition 2008. Proceedings : Virtual Reality in Industry and Society: From Research to Application. Turin, 2008, 10 p.

Intuition International Conference <5, 2008, Turin, Italy>

Today, there exists a multitude of different VR solutions, each providing its own advantages and application areas. Needless to say that companies use the VR solutions best suited for their specific purposes. But commercially available VR applications often do not cover all the individual use cases which might occur in different companies - a fact which makes extra customisation necessary. This especially holds true for the shipbuilding industry with its specific needs not addressed by today's VR solutions. Furthermore, VR applications are mostly incompatible among each other which makes the collaboration of different tools impossible, at the moment. With the USE-VR Platform, ZGDV provides a flexible concept for the development of custom modifications which are usable together with different VR applications and which, besides other features, support the collaboration among different VR solutions. This paper will present the USE-VR Platform and illustrate its usage with a use case from the shipbuilding industry.

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Lukas, Uwe von; Mesing, Benjamin; Vahl, Matthias

Protect Intellectual Property and Prevent Product Counterfeiting - the IT Perspective

2007

3rd International Conference on Virtual Design and Automation [CD-ROM] : Innovation in Product and Process Development. Poznan: Poznan University of Technology, 2007, 8 p.

International Conference Virtual Design and Automation (VIDA) <3, 2007, Poznan, Poland>

Product counterfeiting is a major challenge for all industry nations worldwide. It must be fought at several levels, ranging from policy, over legal issues up to organization and technical measures. This article concentrates on the technical perspective, especially the challenges and potential solutions in the field of information technology. On the one hand, the internet is introducing a high risk in collaborative product development. On the other hand, there are many tools and technologies available to protect intellectual property. Various concrete IT solutions are available that range from data filtering over enterprise rights management up to trusted computing. The joint activities of the German automotive sector for secure product creation are presented and an outlook to further research and development is given.

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Lukas, Uwe von; Vahl, Matthias

Aufbereitung digitaler Produktdaten zur Unterstützung markerloser Trackingverfahren. Schlussbericht: Advanced Augmented Reality for Industrial Service Applications (BMBF-Leitprojekt ARTESAS)

2006

Rostock, 2006

Im Laufe des Projektes wurden Konzepte zur Lösung der Problemstellungen "Extraktion von Kanten" entwickelt und evaluiert. Die im Rahmen dieses Forschungsprojektes entstandenen Softwareprototypen, die den Anwendern zur Verfügung gestellt wurden, sind: (1) Ein Kanten-Extraktions-Tool, genannt EdgeExtraktor bzw. VisibleEdge. Liefert ein 3Dkantenmodell in Weltkoordinaten einer als VRML-Modell gegebenen Szene zu einer bestimmten Ansicht. Weitere Eingangsdaten sind die Farb- und Reflektionseigenschaften der Materialien. (2) Ein Oberflächenmodell-Tool, genannt HullGenerator. Stellt ein Polygonmodell der sichtbaren Außenschale bereit. Dieses Modell findet Anwendung bei der Bestimmung von 3D-Koordinaten aus 2D für getrackte Features. Weiterhin entstand ein Demonstrator, der die Machbarkeit des Ansatzes der "Tracking-gestützen Kantenextraktion" demonstriert.

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Below, Robert; Lukas, Uwe von (Betreuer); Vahl, Matthias (Betreuer)

Authoring von Produktdaten für virtuelle Umgebungen

2006

Wismar, Hochschule, Diplomarbeit, 2006

The ongoing development of virtual reality systems allows it nowadays to use them in many different areas. Aside the already known usage of those systems in fields such as simulations or entertainment software, virtual environments gained more and more importance in the field of design and product development over the past few years. In particular for the phases of engineering, testing and marketing virtual environments can be very supportive. For instance design mistakes can be detected in early stages, the integration of the product with other system can be tested or possible versions of the product can be demonstrated to the customer before it is already build. Within the frame of this work an Authoring-System is going to be developed which will be capable of preparing and transforming product data of different sources (e.g. PDM or CAD) the way that the user can interact with it in a VR application. The system will convert the structure, which is given by the data, into a displayable format. This means the product data has to be extended with interaction abilities and the metadata (additional information about the product like material or weight) given by the product data has to be processed for later use. The product data which is given as input to the authoring can be divided into geometry data, which will describe the appearance of objects in the virtual system and the already mentioned metadata on the other hand. There will be an interface defined which allows the system to obtain metadata from different sources and also make it easy to integrate new sources. The virtual environment for which the authoring will be processed is the Avasync System, which was developed at ZGDV.

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Brüning, Andreas; Vahl, Matthias (Betreuer)

Tracking-gestützte Kantenextraktion aus Produktionsdaten

2006

Wismar, Hochschule, Diplomarbeit, 2006

This diploma thesis shows how edge extraction from product data can be optimizing for a better treatment in edge based tracking systems. More exact results with an edge tracker are obtained with optimized input data. If this is used in Augmented Reality Systems, a robust course is ensures and the right information are shown in the right place in the field of view of the user. Main concept for this optimizing is a modification of an edge tracker, so it can influence the edge extraction process. Different concepts to control the edge extraction will be developed, implemented and analysed. For this, parameters for edge extraction will be identified and criterions for valuation of edges and edge models will be defined.

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Kumpfmüller, Jens; Lukas, Uwe von (Betreuer); Vahl, Matthias (Betreuer)

Group- und Security-Awareness in Konferenzsystemen

2005

Rostock, Univ., Diplomarbeit, 2005

Ziel der Group-Awareness ist es, dem Nutzer einen Kontext aufzuzeigen, indem jeder der Gruppe erfahren kann, was andere Gruppenmitglieder gerade tun beziehungsweise getan haben, um somit die ihre eigenen Aktivitäten besser zur Lösung des Problems einzubringen. Ziel der Security-Awareness ist es, ein Bewusstsein über die Sicherheitsrisiken von Handlungen zu schaffen und mögliche Alternativen aufzuzeigen. Treffen beide Konzepte in einem Konferenzsystem aufeinander, so führt dies eher zu Verwirrung und überfordert den Anwender. Die Aufgabe der Arbeit besteht in der Vereinheitlichung beider Konzepte auf Daten- und Präsentationsebene, wobei der Schwerpunkt auf der Ebene der Datenmodelle liegt. Dazu wird ein Konzept entwickelt und die Realisierbarkeit an einer prototypischen Umsetzung gezeigt.

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Pohl, Ralf; Lukas, Uwe von (Betreuer); Vahl, Matthias (Betreuer)

Konzeption eines kontextorientierten Trackingframeworks unter Nutzung von Produktdaten

2005

Rostock, Univ., Diplomarbeit, 2005

In dieser Arbeit wurde ein Trackingframework entwickelt, welches für die Bestimmung der Kameraposition und -orientierung, neben der Nutzung von Produktdaten, kontextorientierte Randbedingungen mit einbezieht. Damit wird dem Trackingframework die Möglichkeit gegeben, automatisch auf Veränderungen der systemumgebenden sowie systeminternen Variablen zu reagieren. Randbedingungen wie zum Beispiel Lichtverhältnisse können so vom Framework erkannt und entsprechend behandelt werden. Durch die Konzeption als Framework ist dieses modular aufgebaut und unterstützt den einfachen Austausch sowie die Erweiterung vorhandener Module. Die Parametrisierung aller Module erfolgt zur Laufzeit, so dass der Einfluss dieser auf den gesamten Trackingprozess effizient untersucht werden kann. Die Rückgabe von Qualitätsmaßen durch die Module, ermöglicht die Auswahl der besten Verfahren und eine optimale Parametrisierung dieser, angepasst an die jeweiligen Verhältnisse.

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Lukas, Uwe von; Vahl, Matthias; Deistung, Eik; Hellmich, Carsten

Schlußbericht Integrierter Virtueller Schiffbau (InViS): BMBF-Projekt: Schlussbericht

2005

Rostock, 2005

Das vorrangige Ziel des Verbundvorhabens war die Entwicklung innovativer IT-Werkzeuge für die Produktentwicklung (Virtual Reality, Telekooperation, Simulation) und deren Integration und Einführung im Schiffbau. Diese rechnergestützten Verfahren werden als Schlüsseltechnologien für eine effizientere qualitätssteigernde Arbeitsweise in der Konstruktions- und Produktionsvorbereitungsphase angesehen. Die Ablösung physischer Prototypen und die daraus resultierende Virtualisierung bilden zudem die Grundlage für eine engere Zusammenarbeit über Standort- und Unternehmensgrenzen hinweg. Hieraus ergeben sich wesentliche Verbesserungspotentiale für die Vernetzung der Werften mit ihren Zulieferern und Dienstleistern. Schon der Einsatz einzelner Technologien (Virtual Reality, Simulation etc.) kann ausgewählte Schritte im Konstruktions- und Planungsprozess optimieren. Spürbare Effekte erfordern jedoch das Zusammenspiel verschiedener Technologien, was eine Integration auf unterschiedlichen Ebenen voraussetzt. InViS verfolgte deshalb einen integrativen Ansatz und zielte auf eine offene Plattform zur Einbindung verschiedener Software-Werkzeuge. Die so entstehende Vision einer engen Zusammenarbeit unabhängiger Partner auf der Basis fortgeschrittener Informations- und Kommunikationstechnik wird als Integrierter Virtueller Schiffbau bezeichnet. Diese Vision sollte im Rahmen des Verbundvorhabens konkretisiert, technisch umgesetzt und anschließend in konkreten Szenarien erprobt werden.

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Vahl, Matthias; Lukas, Uwe von

Integration of CAD and Virtual Reality bases on OMG's CAD Services Interface

2003

European Multidisciplinary Society for Modelling and Simulation Technology (EUROSIS): European Concurrent Engineering Conference. Proceedings, pp. 54-61

European Concurrent Engineering Conference (ECEC) <10, 2003, Plymouth, UK>

The work presented in this paper concentrates on questions of integration CAD and Virtual Reality (VR). The crucial dilemma is the kind of data handled in both systems: CAD systems on the one hand operate on semantically rich data, where assemblies, parts, features or topological entities can be created and modified. VR systems, on the other hand, mainly operate on dumb triangles.As VR and CAD will remain different areas that will be slow in merging together, we have to find a way to combine both technologies in a single system for VR-based CAD. The first step in this direction is the identification and evaluation of interfaces. In this context, the authors examined the CAD Services interface of the Object Management Group (OMG). The interface not only allows read access to tessellated data, topology and features; it also supports modification of data - especially design features. A software prototype was implemented based on Autodesk's Mechanical Desktop (MD) as a backend CAD system, a partial implementation of the CAD Service interface and ZGDV's VR Framework JSTB, based on Java 3D. The resulting application can be used to visualize arbitrary MD models in an immersive VR environment and interact with the design features of the models. To replace the backend system with any other commercial CAD systems, only the CAD Services interface has to be re-implemented to work on a new set of API functions.The prototype demonstrates the feasibility of this flexible and integrative approach, where a commercial CAD system is linked to a VR environment. Even though the complexity of the models that can be handled in real-time is quite limited in this prototype, the evaluation identifies a high potential of the CAD Services interface. Based on this work, improvements to the interface can be formulated to overcome current limitations of the OMG specification.