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Mit Schwarmintelligenz zu "Jugend forscht"

Abiturient des Johannes-Kepler-Gymnasiums und Medieninformatiker der TU Chemnitz entwickeln ein Verfahren zur schnellen Gesichtsdetektion - Projekt ist am 27. März 2010 bei "Jugend forscht" im Rennen

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Abiturient Andreas Lang (r.) und sein Betreuer Marc Ritter (l.) zeigen die Anwendung der schwarmgesteuerten Gesichtsdetektion auf einem Beispielvideo. Foto: Arne Berger

Wer hat nicht schon einmal einen Vogelschwarm bei seinem Flug beobachtet? Stetige Formationsänderungen erscheinen schwer vorhersagbar und lassen doch zugleich eine gewisse Ordnung erkennen. So findet die Tiergruppe auch nach kurzzeitiger Trennung wieder nahezu magisch zueinander. In Analogie tendieren Fische dazu, im Schwarm ähnliche Abstände zueinander zu halten, während sie sich fortbewegen.In seiner zweijährigen Forschungsarbeit mit dem Titel "Entwicklung und Implementierung eines Verfahrens zur Gesichtsdetektion mittels Schwarmintelligenz" machte sich der Chemnitzer Abiturient Andreas Lang (19) vom Johannes-Kepler-Gymnasiums unter Betreuung der Professur Medieninformatik der TU Chemnitz die biologisch motivierten Eigenschaften der Vogel‐ und Fischschwärme zu Eigen, um Gesichter in Bildern und Videomaterialien aufzufinden.

Die Schwarmintelligenz ist in der Informatik dem Bereich der Verteilten Künstlichen Intelligenz zugeordnet. "Alle Individuen befolgen dabei einige wenige einfache Regeln, die für das gesamte Kollektiv gelten", weiß Lang. Beim Verfahren der Partikelschwarmoptimierung werden alle Individuen des Schwarms zufällig über einem Bild, das ein Gesicht enthält, verteilt und bewegen sich ebenso. Findet ein solches Partikel eine hautfarbenähnliche Region, meldet es diesen Fund an seine Nachbarn weiter. Nach einigen Iterationszyklen akkumuliert sich der Großteil der Partikel an der Stelle mit der größten Hautpartie. Der Ton der Hautfarbe ist dabei in mathematischer Form so definiert, dass mit diesem Verfahren auch Menschen unterschiedlicher Hautfarbe aufgefunden werden können. Um die Ergebnisse der Schwarmoptimierung zu veranschaulichen, werden die einzelnen Partikel im Bild durch kleine farbige Kreise visualisiert (siehe Foto). Ein grüner Kreis umschreibt die detektierte Region. Als ein weiteres Gimmick können dem Gesicht schließlich verschiedene Hutformen aufgesetzt werden.

"Aktuell setzen wir dieses schnelle echtzeitfähige Verfahren auf Nahaufnahmen im Videomaterial lokaler Fernsehsender (http://www.programmboerse.tv) ein. Nach einigen Modifikationen wird es in naher Zukunft auch auf beliebigen Videos einsatzfähig sein", versichert Betreuer Marc Ritter vom Projekt "sachsMedia ‐ Cooperative Producing, Storage and Broadcasting for Local Television Stations", das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen des Programms "Unternehmen Region" gefördert wird.

Lang konnte bereits Ende Februar bei "Jugend forscht" einen Regionalsieg im Bereich "Mathematik/Informatik" erzielen und wird diese Woche mit seiner Arbeit am "Landeswettbewerb Sachsen 2010" teilnehmen, der am 27. März 2010 im Hörsaalgebäude an der TU Chemnitz stattfindet.

Homepage der Initiative "sachsMedia": www.sachsmedia.tv

Weitere Informationen erteilt Marc Ritter, Telefon 0371 531-36789, -28208; -25780, E-Mail sachsmedia@tu-chemnitz.de, http://www.tu-chemnitz.de/informatik/Medieninformatik

Mario Steinebach
23.03.2010

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