Master-/Praktikumsthema »Entwicklung von Algorithmen zur Schwingungsanalyse«

Das Fraunhofer ITWM ist eines von derzeit 76 Instituten der Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. und kann damit auf die Kompetenzen eines starken Netzwerks zurückgreifen. Wir als Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM sehen unsere Aufgabe darin, Schlüsseltechnologien weiterzuentwickeln, innovative Anstöße zu geben und gemeinsam mit Industriepartnern praktisch umzusetzen. Dabei wollen wir nicht nur selbst die Brücke zwischen realer und virtueller Welt bauen, sondern auch Bindeglied zwischen der Hochschulmathematik und ihrer praktischen Umsetzung sein. Deshalb spielt die enge Anbindung an den Fachbereich Mathematik der RPTU Kaiserslautern-Landau eine besondere Rolle.

Die Abteilung »Bildverarbeitung« entwickelt mathematische Modelle und Bildanalysealgorithmen und setzt diese in industrietaugliche Software – vorwiegend für die Produktion – um. Die Anwendungsgebiete umfassen insbesondere anspruchsvolle Oberflächenprüfungen und Analyse von Mikrostrukturen. Wir entwickeln und vertreiben seit über 15 Jahren Software für die 2D und 3D-Bildanalyse und entwickeln sowohl neue Methoden als auch domänenspezifische Machine-Learning-Algorithmen.

Im Rahmen eines Vorhabens sollen Algorithmen zur Schwingungsanalyse für eine Embedded-Lösung basierend auf der ARM-Architektur implementiert werden. In der Abteilung Bildverarbeitung wird seit Jahren das Bildverarbeitungstool ToolIP entwickelt. ToolIPs Kern bildet eine Vielzahl mathematischer Bildverarbeitungsalgorithmen, die in C++ programmiert worden sind. Die Algorithmen stehen als Plugins zur Verfügung und können flexibel kombiniert werden. Seit kurzem ist ToolIP auch auf ARM-Architekturen verfügbar.

Algorithmen zur Schwingungsanalyse reagieren sensibel auf kleinste Änderungen in den Pixelwerten der Bilddaten und der Verschiebung von Kanten. Normalerweise würde eine Vorverarbeitung implementiert werden, welche kleine Schwankungen bzgl. Pixelwerten und Verschiebungen entfernt. In diesem Vorhaben sollen aber eben diese Schwankungen erkannt (Schwingungsschätzung) und verstärkt (Motion Amplification) werden.

Für die Schwingsungsschätzung aufgrund von Bilddaten werden in der Bildverarbeitung zwei große Algorithmenfamilien Optical Flow und Diffeomorphic metric mapping eingesetzt. Beide Vorgehensweisen haben Vor- und Nachtteile. Aktuell gehen wir davon aus, dass beide Verfahrensarten nötig sind, um eine stabile Schwingungsschätzung zu erhalten.

Aufgabe hier ist die Neuimplementierung dieser Algorithmen in ToolIP. Das Thema kann im Rahmen eines Praktikums oder Masterarbeit bearbeitet werden.