Roland Angst erhält das von Google gestiftete Stipendium, das dieses Jahr erstmalig an 14 Doktoranden europäischer Hochschulen vergeben wird. Als einziger Preisträger in der Schweiz wird er für seine Arbeit im Bereich «Computer Vision» ausgezeichnet. Der 28-jährige Doktorand forscht seit 2007 am Institut für «Visual Computing» der ETH Zürich. Er entwickelt Modelle für die Rekonstruktion dreidimensionaler Bilder, wie man sie zum Beispiel von Filmen wie «Avatar» kennt. Solche virtuellen Darstellungen können aus den Aufnahmen einer Kamera erzeugt werden und erleichtern unter anderem die räumliche Orientierung, wie etwa beim Navigationsprogramm «Google Streetview».

Dritte Dimension aus der Bewegung

Roland Angst entwickelt dreidimensionale Darstellungen mit Hilfe mathematischer Ansätze weiter. Kamerabilder sind grundsätzlich nur zweidimensional, denn bei der Aufnahme wird das Objekt auf einen flachen Film oder Chip gebannt. Die Tiefeninformation des Raums geht dabei verloren. Um trotzdem 3D-Informationen aus solchen Bildern zu erhalten, nutzt der Doktorand ein Verfahren, mit dem auch das menschliche Gehirn die Raumtiefe analysiert. Die als «Structure from Motion» bezeichnete Methode gewinnt die 3D-Information aus Bewegungen. Der Betrachter bewegt sich selbst durch den Raum oder beobachtet ein sich bewegendes Objekt. Durch die unterschiedlichen Blickwinkel auf das Objekt entsteht ein Tiefeneindruck.

Um diese Informationen zu erhalten, muss eine Filmkamera festgelegte Objektpunkte verfolgen, deren Position sich während der Bewegung von Bild zu Bild ändert. Die Positionen der Punkte werden anschliessend in den einzelnen Bildern analysiert. Mit Hilfe eines Modells lässt sich daraus die Form des Objekts berechnen und dreidimensional darstellen. Dem Doktoranden ist es mit neuen mathematischen Ansätzen und Modellen gelungen, nicht nur die Bildinformationen einer einzelnen Kamera, sondern mehrerer Kameras gleichzeitig zu nutzen. Werden alle Daten gebündelt, funktioniert die 3D-Rekonstruktion zuverlässiger.

Vielfältige Anwendungen

Ein ungelöstes Problem bei dieser Methode sind fehlende Daten. Wenn zum Beispiel ein Objekt teilweise verdeckt wird oder sich der Bildpunkt auf der kameraabgewandten Seite befindet, treten Lücken in der Bildinformation auf. Das erschwert die 3D-Rekonstruktion. Die neuen mathematischen Modelle sollen die fehlenden Daten berechnen und damit das 3D-Bild vervollständigen, was aber bisher nur unter kontrollierten Bedingungen im Labor funktioniert. Der Stipendiat will mit seinem Ansatz künftig praxisreife Lösungen finden. 3D-Bilder werden unter anderem zur Navigation von Robotern und selbststeuernden Fahrzeugen benötigt oder bei virtuellen Trainings für komplizierte medizinische Operationen eingesetzt.

Marc Pollefeys, Professor am Institut für «Visual Computing», betreut die Doktorarbeit von Roland Angst und hat ihn für das Google-Stipendium vorgeschlagen. Er schätzt besonders, dass der Doktorand eine sehr eigenständige Forschung betreibt und nach universellen Lösungen sucht. Die neuen Modelle des Stipendiaten lassen sich nicht nur in der 3D-Rekonstruktion anwenden, sondern in vielen unterschiedlichen Bereichen. Ein Beispiel sind die sogenannten Empfehlungsdienste, die häufig von Online-Shops eingesetzt werden und den Kunden Produktempfehlungen geben. Oft ist wenig über das Kaufverhalten der Kunden bekannt. Um trotzdem passende Produkte zu empfehlen, könnten Informationen mit Hilfe der Modelle ergänzt werden.

Das Stipendium von Google

Das 2009 in den USA begründete «Google Fellowship Program» wurde dieses Jahr auf Europa, Israel, Kanada und China ausgeweitet. Das «Google European Doctoral Fellowship» soll zukünftig jedes Jahr an etwa 10 Doktorierende im Fach Informatik vergeben werden. Google fördert damit herausragende Forschung unter anderem in den Kategorien maschinelles Sehen, Websuche und Informationsabruf, Sprachtechnologie, Maschinenlernen und Multimedia. Die drei Jahre dauernde Förderung deckt das Gehalt der Doktorierenden und übernimmt allfällige Studiengebühren. Hinzu kommen noch 3000 Euro jährlich für Konferenzgebühren und Reisekosten sowie 2000 Euro für einen eigenen Computer. Doktorierende können sich nicht selbst für das Stipendium bewerben, sondern müssen von ihrem jeweiligen Institut vorgeschlagen werden.
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