Der Lehrstuhl für Mustererkennung (LME) ist Teil des Instituts für Informatik der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg. Von 1975, dem Gründungsjahr des Lehrstuhls, bis September 2005 war Prof. Dr.-Ing. H. Niemann Lehrstuhlinhaber des LME. Im Oktober 2005 hat Prof. Dr.-Ing. J. Hornegger die Leitung des Lehrstuhls übernommen.
Das Ziel der Mustererkennung ist die Erforschung der mathematischen und technischen Aspekte der Perzeption von Umwelteindrücken durch digitale Rechensysteme. Die Umwelt wird dabei durch Sensoren erfasst - die gemessenen Werte bezeichnet man als Muster. Die automatische Transformation der gewonnenen Muster in symbolische Beschreibungen bildet den Kern der Mustererkennung. Ein Beispiel hierfür sind automatische Sprachdialogsysteme, bei denen ein Benutzer an ein System per natürlicher gesprochener Sprache Fragen stellt: Mit einem Mikrophon (Sensor) werden die Schallwellen (Umwelteindrücke) aufgenommen. Die Auswertung des Sprachsignals mit Hilfe von Methoden der Mustererkennung liefert dem System die notwendigen Informationen, um die Frage des Benutzers beantworten zu können. Die Mustererkennung befasst sich dabei mit allen Aspekten eines solchen Systems von der Akquisition der Daten, bis hin zur Repräsentation der Erkennungsergebnisse.
Die Anwendungsgebiete der Mustererkennung sind sehr breit gefächert und reichen von Industrieller Bildverarbeitung über Handschriftenerkennung, Medizinischer Bildverarbeitung, sprachverstehenden Systemen bis hin zu Problemlösungen in der Regelungstechnik. Die Forschungsaktivitäten am Lehrstuhl werden dabei in die vier Bereiche

• Rechnersehen

• Medizinische Bildverarbeitung

• Digitaler Sport

• Sprachverarbeitung

gegliedert, wobei der Anwendungsschwerpunkt im Bereich der Medizin liegt.

Rechnersehen
Der Bereich Rechnersehen bearbeitet die Objektverfolgung, Objekterkennung und Objektrekonstruktion aus Kameradaten. Ein zentrales, darauf aufbauendes Thema ist die aktive Sensordatenauswahl. Dabei werden die informationstheoretisch optimalen Kameraaktionen für diese Probleme a priori geschätzt. Ein weiterer Punkt ist die plenoptische Modellierung von Objekten und die Integration dieser Daten in reale Aufnahmen mit dem Ziel der Erweiterten Realität. In der Objekterkennung werden aktuell erscheinungsbasierte, statistische Klassifikatoren mit Farb- und Kontextmodellierung untersucht.

Medizinische Bildverarbeitung
Die Forschungsarbeiten im Bereich der Medizinischen Bildverarbeitung beschäftigen sich mit Fragestellungen der Bildregistrierung, Rekonstruktion, Segmentierung und Bildanalyse. Im Rahmen des SFB 539 wird ein Verfahren zur Früherkennung von Glaukomerkrankungen weiterentwickelt. Hierbei wird die Segmentierung des optischen Sehnervenkopfes ebenso untersucht wie die segmentierungsfreie Klassifikation. Erweiterte Rekonstruktionsalgorithmen zur 3D/4D Herzrekonstruktion unter Verwendung von C-Arm CT werden untersucht und entwickelt. Im Rahmen des Sonderforschungsbereiches 603 besteht ein Ziel darin, Augmented Reality während minimal-invasiv durchgeführter Eingriffe in der Bauchhöhle bereitzustellen. Weiterhin werden neuartige bildgebende Verfahren sowie exakte Rekonstruktionsalgorithmen in der Computertomographie (CT) entwickelt und deren Realisierung mittels unterschiedlichen Hardwarearchitekturen untersucht. Eine weitere Problemstellung ist die Detektion und Segmentierung von Lymphknoten in Ganzkörper Magnetresonanzaufnahmen und Kantenerhaltende Rauschreduktion in der CT auf Basis von Korrelationsanalysen.

Digitaler Sport
Eingebettete Systeme sind in der Lage, ihren Benutzern in vielen Bereichen des Alltags wichtige und interessante Informationen bereitzustellen. Beispiele dafür finden sind in der Automobiltechnik, der Automation industrieller Abläufe, in medizinischen Implantaten und in vielen anderen Anwendungsgebieten. Speziell im Sportbereich sind Systeme zur Unterstützung, Leitung und Motivation von Athleten von großem Wert.

Es gibt bereits heute beispielsweise die Möglichkeit, die Pulsfrequenz und/oder die momentane Geschwindigkeit von Läufern zu messen und anzuzeigen. Im Rahmen der Forschung im Digitalen Sport werden solche und ähnliche Konzepte untersucht und verbessert. Zu diesem Zweck werden Möglichkeiten zur Integration von verschiedenen Sensoren in Sportbekleidung geprüft. Darüber hinaus werden die potentiellen Verarbeitungsalgorithmen für die gemessenen Signale einer genauen Betrachtung unterzogen. Methoden der Mustererkennung werden dann angewendet um die Informationen welche von Interesse sind zu extrahieren. Denkbare Beispiele sind die Anzeige des Ermüdungszustandes oder die Bewertung der Qualität der Laufbewegung, um Langzeitschäden zu vermeiden.

Sprachverarbeitung
Neben der automatischen Merkmalberechnung und der darauf aufbauenden Spracherkennung beschäftigt sich der Lehrstuhl mit den folgenden Aufgabengebieten der Spracherkennung: Sprachdialogsysteme, Erkennung und Verarbeitung von unbekannten Wörtern, Sprachbewertung sowie automatische Analyse und Klassifikation prosodischer Phänomene. Weiterer Schwerpunkt ist seit einigen Jahren die automatische Erkennung von emotionalen Benutzerzuständen mit Hilfe akustischer und linguistischer Merkmale. Neu hinzugekommen sind die Erkennung solcher Benutzerzustände anhand physiologischer Parameter sowie die multimodale Erkennung des Aufmerksamkeitsfokus von Benutzern bei der Mensch-Maschine-Interaktion.

• nicht-starre Registrierung multimodaler Bilddaten

• monomodale Bildfusion zur Verlaufskontrolle bei der Tumor Therapie

• Verfahren zur Schwächungskorrektur bei der SPECT-Rekonstruktion

• Rekonstruktion bewegter Objekte bei bekannter Projektionsgeometrie

• Berechnung und Visualisierung des Blutflusses in 3D-Angiogrammen

• Segmentierung von CT-Datensätzen

• schnelle Bildverarbeitung auf Standardgrafikkarten

• Diskrete Tomographie

• Sprachsteuerung interventioneller Werkzeuge

• 3D Objekterkennung

• Objektverfolgung

• Aktive Sensordatenverarbeitung

• 3D Rekonstruktion und Kamerakalibrierung

• Plenoptische Modellierung

• Erweiterte Realität

• Autonome, mobile Systeme

• Aktive unterstützende Systeme im Sport

• Ermüdungserkennung

• Mimik- und Gestik

• Bewertung von pathologischer Sprache

• Aussprachebewertung

• Prosodie

• Dialog

• Benutzerzustandserkennung (von Ärger über Müdigkeit bis Zögern)
  

• Mobiles System MOBSY mit aktivem Stereokamera-Kopf

• Drehteller und Schwenkarm zur Bildaufnahme

• Smartkom-Zelle

• Head-Mounted Display mit integriertem Stereokamera-System

• Pan-Tilt Einheiten

• Time-of-Flight Camera
  

Aufgrund der engen Kooperation der Arbeitsgruppe mit den Kliniken und der Industrie besteht Zugriff auf sämtliche Modalitäten, die in der modernen Medizin heute zum Einsatz kommen. Die verfügbare Entwicklungsumgebung erlaubt die schnelle Überführung der neu entwickelten Methoden in den klinischen Test.

• Charité Universitätsmedizin Berlin: Klinik und Hochschulambulanz für Radiologie und Nuklearmedizin http://www.medizin.fu-berlin.de/radio/

• Deutsches Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz http://www.dfki.de/web/index.de.html

• Harvard University, USA: Department of Radiology at Brigham and Women's Hospital http://brighamrad.harvard.edu/index.html

• ITC-irst, Trento, Italia: Sistemi sensoriali interattivi (Interactive Sensory System Division) http://ssi.itc.it/

• LIMSI-CNRS, Orsay, France: Groupe Traitement du Langage Parlé (Spoken Language Processing Group) http://www.limsi.fr/Scientifique/tlp/

• LMU München: Institut für Phonetik und Sprachliche Kommunikation http://www.phonetik.uni-muenchen.de/

• Queen's University Belfast, UK: School of Psychology http://www.psych.qub.ac.uk/

• Stanford University, USA: Radiological Sciences Laboratory http://rsl.stanford.edu/

• Szegedi Tudományegyetem, Magyarország (University of Szeged, Hungary): Képfeldolgozás és Számítógépes Grafika Tanszék (Department of Image Processing and Computer Graphics) http://www.inf.u-szeged.hu/tanszekek/kepfeldolgozasesszg/starten.xml

• TU München: Lehrstuhl für Mensch-Maschine-Kommunikation http://www.mmk.ei.tum.de/

• Universität Bielefeld: Angewandte Informatik http://www.techfak.uni-bielefeld.de/ags/ai/ , Neuroinformatik http://www.techfak.uni-bielefeld.de/ags/ni/

• Universität Bonn: Institut für Numerische Simulation http://www.ins.uni-bonn.de/

• Universität des Saarlandes: Lehrstuhl für Sprachsignalverarbeitung http://www.lsv.uni-saarland.de/index.htm

• Universität Jena: Lehrstuhl Digitale Bildverarbeitung http://www.inf-cv.uni-jena.de/

• Universität Koblenz-Landau: Institut für Computervisualistik http://www.uni-koblenz.de/FB4/Institutes/ICV

• Universität Mannheim: Bildverarbeitung, Mustererkennung und Computergrafik http://www.cvgpr.uni-mannheim.de/

• Universität Marburg: Diskrete Mathematik und Optimierung http://www.mathematik.uni-marburg.de/forschung/arbeitsgebiete_mathe/diskret.php

• Universitätsklinikum Erlangen: Nuklearmedizinische Klinik http://www.nuklearmedizin.klinikum.uni-erlangen.de/ , Radiologisches Institut http://www.idr.med.uni-erlangen.de/ , Medizinische Klinik 1 http://www.medizin1.klinikum.uni-erlangen.de/ und 2 http://www.medizin2.klinikum.uni-erlangen.de/ , Phoniatrische und Pädaudiologische Abteilung http://www.phoniatrie.klinikum.uni-erlangen.de/

• Universität Würzburg: Abteilung für Neuroradiologie, http://www.neuroradiologie.uni-wuerzburg.de/

• University of Utah, USA: Utah Center for Advanced Imaging Research http://www.ucair.med.utah.edu/

• 3rd Russian-Bavarian Conference on Biomedical Engineering (2.-3.07.2007) http://www5.informatik.uni-erlangen.de/Forschung/Publikationen/2007/Hornegger07-3RC.pdf
  

Die Veröffentlichungen des Lehrstuhls befinden sich auf der lehrstuhleigenen Homepage unter http://www5.informatik.uni-erlangen.de/publications/

• 3-D Multi-contrast Cardiac CINE Magnetic Resonance Imaging
  
• Analysis of Historical Documents
  
• Application of Raw Data Consistency Conditions in Cone-Beam CT
  
• Automatic Phonetization of Standard Arabic
  
• Automatic Intraoperative Tracking for Workflow and Dose Monitoring in X-Ray-based Minimally Invasive Surgeries (AIT4Surgery)
  
• Motion analysis in 4-D cardiac imaging with angiographic C-arm CT
  
• Motion Compensation for DynaCT Acquisitions
  
• Image Forensics
  
• Biomechanical Simulation for the Reconstruction and Synthesis of Human Motion
  
• CAPCOM - Capabilities and interactive knowledge-to-action - Concepts and methods
  
• Data Fusion and Localization in Sports
  
• DeepAL
  
• Analysis of Defects on Solar Power Cells
  
• Digital Sports Bavaria: Implementation and validation of innovative Cyber Physical Systems and Human Computer Interaction concepts for future Wearable Computing trends in sport and fitness
  
• Digital Vision Trainer
  
• Digitization of Fragile Historical Documents by Using 3-D X-ray Computed Tomography
  
• Digitalization in clinical settings using graph databases
  
• DysarTrain – Entwicklung eines digitalen Therapieangebotes für das Training von Sprechbeeinträchtigungen und Gesichtslähmungen bei Dysarthrien
  
• Emulation of mainframes on conventional hardware
  
• Enterprise Computing
  
• Development of Vector-Based Mathematical Morphology for Hyper-spectral Remote Sensing Image Description and Classification
  
• Information management system for automated quality assessment in radiotherapy
  
• Development of virtual applications for human 3D stereo vision training of athletes
  
• Assessment of cardiac rotation and twist from bi-plane angiograms
  
• Improved C-arm Computed Tomography for the Early Diagnosis of Osteoarthritis
  
• Image guidance for endovascular aortic repair (EVAR)
  
• Sensor integration into clothes and sports equipment
  
• Consistency Conditions for Artifact Reduction in Cone-beam CT
  
• Medical Image Processing for Interventional Applications
  
• Medical Image Understanding: Advancing the State-of-the-Art through Integration of Medical Knowledge
  
• Feature Point Selection and Motion Models for 2-D/3-D Registration
  
• Optimization of Setups of Talbot-Lau X-ray Phase Contrast Imaging Systems
  
• Predictive Prevention and Personalized Interventional Stroke Therapy - P3-Stroke
  
• Quality Enhancement of Spatio-Temporal Image Data
  
• Fatty Acid Composition Quantification in the Liver and Optimization of the used Acquisition and Reconstruction Techniques
  
• Quantitative DECT with prior atlas knowledge
  
• RoboCup Robot Soccer
  
• Ronquera - Objective Automatic Assessment of the Level of Dysphonia
  
• X-Ray Imaging Using a Patient Model
  
• Segmentation of Anatomy and Scar from LGE-MRI
  
• Simultaneous Activity Recognition and Gait Segmentation Using Graphical Models
  
• Software development for mainframes
  
• Teamwork Performance: Effects of Tracking Based Feedback Mechanisms on Performance and Health Biomarkers
  
• Telemedizinische Ganganalyse bei Patienten mit Parkinson
  
• Training Network on Automatic Processing of PAthological Speech
  
• Improved 3-D Reconstruction of Talbot-Lau Data
  
• Time Tabling Algorithms
  

• 3-D Imaging of the heart chambers with C-arm CT
  
• 3-D Catheter localization for Cardiac Ablation Procedures using biplane Fluoroscopy
  
• 3-D imaging of coronary vasculature using C-arm CT
  
• 13th DLR parabolic flight campaign
  
• Respiratory Motion Estimation for SPECT Imaging
  
• Active 3-D Reconstruction
  
• Early diagnosis of Alzheimer`s disease using resting state fMRI
  
• Phonation, articulation, and prosody analysis of speech of people with Parkinson’s disease in pre-clinics and advanced stages
  
• Approaches for image quality improvement of 4D DSA and flow quantification using 4D DSA
  
• ASSIST
  
• Respiratory Motion Gating
  
• Attenuation Correction for PET/MRI Scanners
  
• AUDIMO (SFB 539 A.4)
  
• Automatic Analysis of Articulation Disorders of Children with Cleft Lip and Palate
  
• Automatic Articulation assessment of children and young adults with Cleft Lip and Palate
  
• Automatic, objective Analysis of speech disorders on persons with oral squamous cell carzinoma
  
• Automatic Objective Analysis of Speech Disorders Resulting from Epithelium Cancer of the Oral Cavity
  
• AUWL
  
• BeachTracker
  
• Operational concept Next Generation
  
• Speedup and extension of iterative image reconstruction methods for cardiac magnetic resonance imaging
  
• Motion compensation for overlays in interventional fluoroscopy
  
• Motion Compensated Cardiac 3-D Reconstruction using Rotational Angiography (C-arm CT)
  
• Bildanalyseassistent zur Blutgefäßanalyse
  
• Image Processing for Talbot-Lau X-ray Phase Contrast
  
• Biomechanical Modelling and Simulation
  
• BMBF Molecular Imaging in Medicine (MoBiMed) - Mechanism of targeting, Angiogenesis for diagnostics and and therapy
  
• Cardiac C-Arm Computed Tomography: Dynamic Reconstruction
  
• C-AuDiT
  
• COSIR
  
• CT Reconstruction Using Compressed Sensing
  
• Data processing for endoscopic Time-of-Flight-Imaging
  
• Detection of Lymph Nodes in Whole-Body MR-scans
  
• Dienstleistungsroboter in kostengünstiger Leichtbauweise (DIROKOL)
  
• Differentiated Objective Analysis of the Speech Quality of Chronically Hoarse Patients
  
• EFI Moves: Individualized Diagnostics and Therapy Monitoring in Motion
  
• EMBASSI
  
• Development of an expert system to automate the treatment of 3D surface models
  
• Entwicklung eines Verfahrens zur Vorhersage angiographischer Parameter mit Hilfe der virtuellen Angiographie
  
• Development of algorithms for respiratory motion correction in coronary MRI
  
• Development of Image Guided Surgical Procedures
  
• Design and implementation of embedded sensor-actor-networks for monitoring, analysis and real-time processing of physiological signals
  
• Design and implementation of embedded sensors for processing of physiological and biomechanical signals
  
• Appearance-based statistical object recognition
  
• Accurate Image Reconstruction from Cone-Beam Projections for Special Trajectories
  
• Accurate coronary vessel segmentation in 3D C-arm CT data
  
• Explicit Skin Reflectance Modeling for Improved Skin Segmentation and Illuminant Color Estimation
  
• FitForAge
  
• Football Future Algorithm Support
  
• Advanced fundus imaging for early detection of eye diseases
  
• Improved C-arm Computed Tomography for the Early Diagnosis of Osteoarthritis
  
• Fusion of 3-D volumetric data sets and 2-D fluoroscopic sequences for application in electro-physiology ablation procedures
  
• Sensor data fusion for banknote processing
  
• Hemodynamic Simulation and Personalized Therapy of Neurovascular Diseases
  
• Health-e-Child
  
• Hierarchische Eigenraum-Objektmodelle zur generischen erscheinungsbasierten 3-D Objekterkennung
  
• HUMAINE (Human-Machine-Interaction Network on Emotion)
  
• Multi-material beam hardening artifacts reduction in computed tomography
  
• Integration eines Tablet-Computers für komplexe Softwareapplikationen im sterilen Interventionsumfeld
  
• Intra-modality Fusion and Device Tracking for MR Guided Interventional Procedures
  
• Iterative reconstruction methods for abdominal water-fat MRI
  
• Iterative Reconstruction Techniques for Magnetic Resonance Imaging
  
• Compact Frequency Agile Intelligent Mobile Reconnoissance-Network (CAIMAN)
  
• Calibration of Time-of-Flight Cameras
  
• Edge-preserving Noise Reduction in CT based on Identification of Correlations
  
• Advanced Multimodal Cardiac Modeling and OR Integration
  
• Towards cardiac C-arm CT
  
• Correction of intensity variations for whole body magnetic resonance imaging
  
• Articulation disorders of children with cleft lip and palate
  
• Low Cost Fundus Camera for the Third World
  
• Material Decomposition Algorithms for Energy Resolved Detectors in C-arm Angiography System
  
• Medical Image Processing for Diagnostic Applications
  
• MEDICO – Towards Scalable Semantic Image Search in Medicine
  
• miLife - an innovative wearable computing platform for data analysis of wearable sensors to be used in team sports and health
  
• MMSys: Motion Management System
  
• MotionLab@Home: Multimodales Bewegungsanalysesystem zum Therapiemonitoring
  
• Multispectral Image Analysis
  
• Non-invasive determination of the human hydration level
  
• Image Formation Chain Optimization in Multimodal Emission Tomography
  
• Optimization of Ward Allocation and Medical Specialist Education
  
• Optimizing Application Driven Multimodality Spatio-Temporal Emission Imaging
  
• Optimization of School Time Tables
  
• Orientation-dependent X-ray Dark-field Reconstruction
  
• Parameter-Optimization for DBT Imaging Systems using Tools from Machine-Learning
  
• PATSY - Phraseology and Pronunciation Training System for ATC Communication
  
• Phase Contrast Tomography
  
• Pilotphase Nationales Leistungszentrum - Low-Power-Elektronik für Sport- und Fitnessanwendungen
  
• Detecting position und orientation of banknotes in real-time
  
• Preparing Future Multisensorial Interaction Research (PF-Star)
  
• Probabilistic Model of a Scene
  
• Tissue Perfusion Quantification with C-arm CT
  
• Quantitative Computed Tomography by Means of Spectral Detection
  
• Quantitative Evaluation of the Visual System in Glaucoma Patients
  
• Quantitative Calibration of 3D Depth Sensors
  
• eGaIT - embedded Gait analysis using Intelligent Technology
  
• Registration of 3-D data sets and 2-D fluoroscopic sequences for application in electro-physiology ablation procedures
  
• Retrospective Motion Compensation in Optical Coherence Tomography
  
• Retrospective Microscopy
  
• Robust Probabilistic Cue Integration for Multiple Cameras
  
• Robust 2D/3D-Registration for Real-Time Motion Compensation
  
• Robust Sensing of the Automotive Environment
  
• Implementation of different Classification Methods for Recognition of Soil Slips
  
• Illuminant Color Estimation
  
• Schlaganfallrisikoindexberechnung
  
• Script and Signs. A computer-based analysis of high medieval papalcharters. A key to Europe's cultural history.
  
• Segmentation and Multi-Modal 3D Registration of CT, SPECT and Ultrasound
  
• Organ Segmentation for Perfusion CT
  
• Patient specific segmentation of cerebral vessel for blood flow simulation
  
• SFB 396, C1: Sensor- and model based optimization of process sequences (in german)
  
• SFB 539, A4: Automated Glaucoma Screening
  
• SFB 603, B2: Optimization approach on the fusion of multiple images for classification
  
• SFB 603, B3: Interaktives System zur Rehabilitation von Patienten mit Gesichtslähmung
  
• SFB 603, B6: Computer aided endoscopy of the abdomen
  
• SFB 603, C2: Analysis, coding and processing of light fields, for acquisition of realistic model data
  
• SFB 603, C10: Registration of functional and morphological datasets
  
• SLEDS
  
• SmartKom
  
• SmartWeb
  
• Sprechererkennung
  
• Speaker identification and classification of speaker characteristics
  
• Statistische Modellierung, Lokalisierung und Analyse regulatorischer DNA-Sequenzen
  
• Strategie und Aktion als Lernziel der visuellen Exploration
  
• Single-Shot Structured Light
  
• SW Package for Recognition of Hand Gestures
  
• Hardware Acceleration Techniques for 3D Cone-Beam Reconstruction
  
• Time-of-Flight sensor data processing for medical and industrial applications
  
• Time-of-Flight technology in navigated abdominal surgery
  
• Analysis of biomechanical load profiles of the human musculoskeletal system for the optimization of endoprostheses
  
• Untersuchung neuronaler Netze zur Objekterkennung und -lokalisation
  
• Analysis and Evaluation of Tracheoesophageal Substitute Voices (SVcheck)
  
• Analysis and Evaluation of Voices after Partial Laryngectomy (PVcheck)
  
• Verbmobil - Erkennung, Analyse, Transfer, Generierung und Synthese von Spontansprache
  
• Embedded pattern recognition methods
  
• Pattern Recognition methods in digital sports applications
  
• vhb: Online Course: "Computer vision with applications in augmented reality and image based rendering" (in german)
  
• Virtual Planning of Liver interventions
  
• Visual Active Memory Processes and Interactive Retrieval (VAMPIRE)
  
• Volume-of-interest (VOI) imaging in C-arm angiography
  
• Volume estimation of the thyroid gland respectively of nodules in 3-D ultrasound data
  
• Volumetric Measurement of the Course of Disease of the Autosomal Dominant, Polycystic Kidney Disease (ADPKD)
  
• Forecasting of the power output of solar power plants