TY - JOUR A1 - Xu, Rudan A1 - Razaghi-Moghadam, Zahra A1 - Nikoloski, Zoran T1 - Maximization of non-idle enzymes improves the coverage of the estimated maximal in vivo enzyme catalytic rates in Escherichia coli JF - Bioinformatics N2 - Motivation: Constraint-based modeling approaches allow the estimation of maximal in vivo enzyme catalytic rates that can serve as proxies for enzyme turnover numbers. Yet, genome-scale flux profiling remains a challenge in deploying these approaches to catalogue proxies for enzyme catalytic rates across organisms. Results: Here, we formulate a constraint-based approach, termed NIDLE-flux, to estimate fluxes at a genome-scale level by using the principle of efficient usage of expressed enzymes. Using proteomics data from Escherichia coli, we show that the fluxes estimated by NIDLE-flux and the existing approaches are in excellent qualitative agreement (Pearson correlation > 0.9). We also find that the maximal in vivo catalytic rates estimated by NIDLE-flux exhibits a Pearson correlation of 0.74 with in vitro enzyme turnover numbers. However, NIDLE-flux results in a 1.4-fold increase in the size of the estimated maximal in vivo catalytic rates in comparison to the contenders. Integration of the maximum in vivo catalytic rates with publically available proteomics and metabolomics data provide a better match to fluxes estimated by NIDLE-flux. Therefore, NIDLE-flux facilitates more effective usage of proteomics data to estimate proxies for kcatomes. Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btab575 SN - 1367-4803 SN - 1460-2059 VL - 37 IS - 21 SP - 3848 EP - 3855 PB - Oxford Univ. Press CY - Oxford ER - TY - THES A1 - Wolf, Johannes T1 - Analysis and visualization of transport infrastructure based on large-scale geospatial mobile mapping data T1 - Analyse und Visualisierung von Verkehrsinfrastruktur basierend auf großen Mobile-Mapping-Datensätzen N2 - 3D point clouds are a universal and discrete digital representation of three-dimensional objects and environments. For geospatial applications, 3D point clouds have become a fundamental type of raw data acquired and generated using various methods and techniques. In particular, 3D point clouds serve as raw data for creating digital twins of the built environment. This thesis concentrates on the research and development of concepts, methods, and techniques for preprocessing, semantically enriching, analyzing, and visualizing 3D point clouds for applications around transport infrastructure. It introduces a collection of preprocessing techniques that aim to harmonize raw 3D point cloud data, such as point density reduction and scan profile detection. Metrics such as, e.g., local density, verticality, and planarity are calculated for later use. One of the key contributions tackles the problem of analyzing and deriving semantic information in 3D point clouds. Three different approaches are investigated: a geometric analysis, a machine learning approach operating on synthetically generated 2D images, and a machine learning approach operating on 3D point clouds without intermediate representation. In the first application case, 2D image classification is applied and evaluated for mobile mapping data focusing on road networks to derive road marking vector data. The second application case investigates how 3D point clouds can be merged with ground-penetrating radar data for a combined visualization and to automatically identify atypical areas in the data. For example, the approach detects pavement regions with developing potholes. The third application case explores the combination of a 3D environment based on 3D point clouds with panoramic imagery to improve visual representation and the detection of 3D objects such as traffic signs. The presented methods were implemented and tested based on software frameworks for 3D point clouds and 3D visualization. In particular, modules for metric computation, classification procedures, and visualization techniques were integrated into a modular pipeline-based C++ research framework for geospatial data processing, extended by Python machine learning scripts. All visualization and analysis techniques scale to large real-world datasets such as road networks of entire cities or railroad networks. The thesis shows that some use cases allow taking advantage of established image vision methods to analyze images rendered from mobile mapping data efficiently. The two presented semantic classification methods working directly on 3D point clouds are use case independent and show similar overall accuracy when compared to each other. While the geometry-based method requires less computation time, the machine learning-based method supports arbitrary semantic classes but requires training the network with ground truth data. Both methods can be used in combination to gradually build this ground truth with manual corrections via a respective annotation tool. This thesis contributes results for IT system engineering of applications, systems, and services that require spatial digital twins of transport infrastructure such as road networks and railroad networks based on 3D point clouds as raw data. It demonstrates the feasibility of fully automated data flows that map captured 3D point clouds to semantically classified models. This provides a key component for seamlessly integrated spatial digital twins in IT solutions that require up-to-date, object-based, and semantically enriched information about the built environment. N2 - 3D-Punktwolken sind eine universelle und diskrete digitale Darstellung von dreidimensionalen Objekten und Umgebungen. Für raumbezogene Anwendungen sind 3D-Punktwolken zu einer grundlegenden Form von Rohdaten geworden, die mit verschiedenen Methoden und Techniken erfasst und erzeugt werden. Insbesondere dienen 3D-Punktwolken als Rohdaten für die Erstellung digitaler Zwillinge der bebauten Umwelt. Diese Arbeit konzentriert sich auf die Erforschung und Entwicklung von Konzepten, Methoden und Techniken zur Vorverarbeitung, semantischen Anreicherung, Analyse und Visualisierung von 3D-Punktwolken für Anwendungen im Bereich der Verkehrsinfrastruktur. Es wird eine Sammlung von Vorverarbeitungstechniken vorgestellt, die auf die Harmonisierung von 3D-Punktwolken-Rohdaten abzielen, so z.B. die Reduzierung der Punktdichte und die Erkennung von Scanprofilen. Metriken wie bspw. die lokale Dichte, Vertikalität und Planarität werden zur späteren Verwendung berechnet. Einer der Hauptbeiträge befasst sich mit dem Problem der Analyse und Ableitung semantischer Informationen in 3D-Punktwolken. Es werden drei verschiedene Ansätze untersucht: Eine geometrische Analyse sowie zwei maschinelle Lernansätze, die auf synthetisch erzeugten 2D-Bildern, bzw. auf 3D-Punktwolken ohne Zwischenrepräsentation arbeiten. Im ersten Anwendungsfall wird die 2D-Bildklassifikation für Mobile-Mapping-Daten mit Fokus auf Straßennetze angewendet und evaluiert, um Vektordaten für Straßenmarkierungen abzuleiten. Im zweiten Anwendungsfall wird untersucht, wie 3D-Punktwolken mit Bodenradardaten für eine kombinierte Visualisierung und automatische Identifikation atypischer Bereiche in den Daten zusammengeführt werden können. Der Ansatz erkennt zum Beispiel Fahrbahnbereiche mit entstehenden Schlaglöchern. Der dritte Anwendungsfall untersucht die Kombination einer 3D-Umgebung auf Basis von 3D-Punktwolken mit Panoramabildern, um die visuelle Darstellung und die Erkennung von 3D-Objekten wie Verkehrszeichen zu verbessern. Die vorgestellten Methoden wurden auf Basis von Software-Frameworks für 3D-Punktwolken und 3D-Visualisierung implementiert und getestet. Insbesondere wurden Module für Metrikberechnungen, Klassifikationsverfahren und Visualisierungstechniken in ein modulares, pipelinebasiertes C++-Forschungsframework für die Geodatenverarbeitung integriert, das durch Python-Skripte für maschinelles Lernen erweitert wurde. Alle Visualisierungs- und Analysetechniken skalieren auf große reale Datensätze wie Straßennetze ganzer Städte oder Eisenbahnnetze. Die Arbeit zeigt, dass es in einigen Anwendungsfällen möglich ist, die Vorteile etablierter Bildverarbeitungsmethoden zu nutzen, um aus Mobile-Mapping-Daten gerenderte Bilder effizient zu analysieren. Die beiden vorgestellten semantischen Klassifikationsverfahren, die direkt auf 3D-Punktwolken arbeiten, sind anwendungsfallunabhängig und zeigen im Vergleich zueinander eine ähnliche Gesamtgenauigkeit. Während die geometriebasierte Methode weniger Rechenzeit benötigt, unterstützt die auf maschinellem Lernen basierende Methode beliebige semantische Klassen, erfordert aber das Trainieren des Netzwerks mit Ground-Truth-Daten. Beide Methoden können in Kombination verwendet werden, um diese Ground Truth mit manuellen Korrekturen über ein entsprechendes Annotationstool schrittweise aufzubauen. Diese Arbeit liefert Ergebnisse für das IT-System-Engineering von Anwendungen, Systemen und Diensten, die räumliche digitale Zwillinge von Verkehrsinfrastruktur wie Straßen- und Schienennetzen auf der Basis von 3D-Punktwolken als Rohdaten benötigen. Sie demonstriert die Machbarkeit von vollautomatisierten Datenflüssen, die erfasste 3D-Punktwolken auf semantisch klassifizierte Modelle abbilden. Dies stellt eine Schlüsselkomponente für nahtlos integrierte räumliche digitale Zwillinge in IT-Lösungen dar, die aktuelle, objektbasierte und semantisch angereicherte Informationen über die bebaute Umwelt benötigen. KW - 3D point cloud KW - geospatial data KW - mobile mapping KW - semantic classification KW - 3D visualization KW - 3D-Punktwolke KW - räumliche Geodaten KW - Mobile Mapping KW - semantische Klassifizierung KW - 3D-Visualisierung Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-536129 ER - TY - THES A1 - Weise, Matthias T1 - Auswahl von Selektions- und Manipulationstechniken für Virtual Reality-Anwendungen T1 - Choosing selection and manipulation techniques for Virtual Reality applications N2 - Die stetige Weiterentwicklung von VR-Systemen bietet neue Möglichkeiten der Interaktion mit virtuellen Objekten im dreidimensionalen Raum, stellt Entwickelnde von VRAnwendungen aber auch vor neue Herausforderungen. Selektions- und Manipulationstechniken müssen unter Berücksichtigung des Anwendungsszenarios, der Zielgruppe und der zur Verfügung stehenden Ein- und Ausgabegeräte ausgewählt werden. Diese Arbeit leistet einen Beitrag dazu, die Auswahl von passenden Interaktionstechniken zu unterstützen. Hierfür wurde eine repräsentative Menge von Selektions- und Manipulationstechniken untersucht und, unter Berücksichtigung existierender Klassifikationssysteme, eine Taxonomie entwickelt, die die Analyse der Techniken hinsichtlich interaktionsrelevanter Eigenschaften ermöglicht. Auf Basis dieser Taxonomie wurden Techniken ausgewählt, die in einer explorativen Studie verglichen wurden, um Rückschlüsse auf die Dimensionen der Taxonomie zu ziehen und neue Indizien für Vor- und Nachteile der Techniken in spezifischen Anwendungsszenarien zu generieren. Die Ergebnisse der Arbeit münden in eine Webanwendung, die Entwickelnde von VR-Anwendungen gezielt dabei unterstützt, passende Selektions- und Manipulationstechniken für ein Anwendungsszenario auszuwählen, indem Techniken auf Basis der Taxonomie gefiltert und unter Verwendung der Resultate aus der Studie sortiert werden können. N2 - The constant advancement of VR systems offers new possibilities of interaction with virtual objects in three-dimensional space, but also poses new challenges for developers of VR applications. Selection and manipulation techniques have to be chosen in dependence of the application scenario, the users and the available input and output devices. This work contributes to support the selection of suitable interaction techniques. A representative quantity of selection and manipulation techniques has been investigated and a taxonomy has been developed based on existing classification systems which allows the analysis of the techniques with respect to properties relevant for interaction. Based on this taxonomy, techniques were selected and compared in an exploratory study in order to draw conclusions about the dimensions of the taxonomy and to generate new evidence for advantages and disadvantages of the techniques in specific application scenarios. The results of the work lead to a web application, which supports the developer of VR applications in choosing suitable selection and manipulation techniques for an application scenario by filtering techniques based on the taxonomy and sorting them using the results of the study. KW - Virtual Reality KW - Interaktionstechniken KW - Mensch-Computer-Interaktion KW - Virtual Reality KW - interaction techniques KW - human computer interaction Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-534586 ER - TY - JOUR A1 - von Steinau-Steinrück, Robert A1 - Jöris, Nils T1 - Brexit-Arbeitsrecht und die Folgen JF - NJW spezial N2 - Die Corona-Pandemie hat den Brexit ein wenig in den Hintergrund gedrängt. Dabei hat er gerade im Arbeitsrecht ganz erhebliche Auswirkungen. Über sie geben wir einen Überblick. Y1 - 2021 UR - https://beck-online.beck.de/Bcid/Y-300-Z-NJW-SPEZIAL-B-2021-S-242-N-1 SN - 1613-4621 VL - 18 IS - 8 SP - 242 EP - 243 PB - C.H. Beck CY - München ER - TY - JOUR A1 - von Steinau-Steinrück, Robert A1 - Bruhn, Emma T1 - Der Impfmuffel im Arbeitsrecht JF - NJW spezial N2 - Trotz erfolgreicher Impfkampagne droht nach dem Sommer eine vierte Infektionswelle der Corona-Pandemie. Ob es dazu kommen wird, hängt maßgeblich davon ab, wie viele Menschen sich für eine Corona-Schutzimpfung entscheiden. Am Impfstoff mangelt es nicht mehr, dafür an der Impfbereitschaft. Viele Arbeitgeber fragen sich daher, was sie unternehmen können, um die Impfquote in ihren Betrieben zu erhöhen. Y1 - 2021 UR - https://beck-online.beck.de/Bcid/Y-300-Z-NJW-SPEZIAL-B-2021-S-498-N-1 SN - 1613-4621 VL - 18 IS - 16 SP - 498 EP - 499 PB - C.H. Beck CY - München ER - TY - JOUR A1 - von Steinau-Steinrück, Robert T1 - Was ist bei "Workation" und "Bleisure" rechtlich zu beachten? JF - NJW spezial N2 - Die Digitalisierung unseres Lebens löst die Grenzen zwischen Privat- und Berufsleben immer weiter auf. Bekanntes Beispiel ist das Homeoffice. Arbeitgeber begegnen aber auch zahlreichen weiteren Trends in diesem Zusammenhang. Dazu gehören „workation“, also die Verbindung zwischen Arbeit („work“) und Urlaub („vacation“) ebenso wie „bleisure“, dh die Verbindung von Dienstreisen („business“) und Urlaub („leisure“). Der Beitrag geht den rechtlichen Rahmenbedingungen hierfür nach. Y1 - 2021 UR - https://beck-online.beck.de/Bcid/Y-300-Z-NJW-SPEZIAL-B-2021-S-626-N-1 SN - 1613-4621 VL - 18 IS - 20 SP - 626 EP - 627 PB - C.H. Beck CY - München ER - TY - JOUR A1 - Vitagliano, Gerardo A1 - Jiang, Lan A1 - Naumann, Felix T1 - Detecting layout templates in complex multiregion files JF - Proceedings of the VLDB Endowment N2 - Spreadsheets are among the most commonly used file formats for data management, distribution, and analysis. Their widespread employment makes it easy to gather large collections of data, but their flexible canvas-based structure makes automated analysis difficult without heavy preparation. One of the common problems that practitioners face is the presence of multiple, independent regions in a single spreadsheet, possibly separated by repeated empty cells. We define such files as "multiregion" files. In collections of various spreadsheets, we can observe that some share the same layout. We present the Mondrian approach to automatically identify layout templates across multiple files and systematically extract the corresponding regions. Our approach is composed of three phases: first, each file is rendered as an image and inspected for elements that could form regions; then, using a clustering algorithm, the identified elements are grouped to form regions; finally, every file layout is represented as a graph and compared with others to find layout templates. We compare our method to state-of-the-art table recognition algorithms on two corpora of real-world enterprise spreadsheets. Our approach shows the best performances in detecting reliable region boundaries within each file and can correctly identify recurring layouts across files. Y1 - 2022 U6 - https://doi.org/10.14778/3494124.3494145 SN - 2150-8097 VL - 15 IS - 3 SP - 646 EP - 658 PB - Association for Computing Machinery CY - New York ER - TY - JOUR A1 - Ullrich, André A1 - Teichmann, Malte A1 - Gronau, Norbert T1 - Fast trainable capabilities in software engineering-skill development in learning factories JF - Ji suan ji jiao yu = Computer Education / Qing hua da xue N2 - The increasing demand for software engineers cannot completely be fulfilled by university education and conventional training approaches due to limited capacities. Accordingly, an alternative approach is necessary where potential software engineers are being educated in software engineering skills using new methods. We suggest micro tasks combined with theoretical lessons to overcome existing skill deficits and acquire fast trainable capabilities. This paper addresses the gap between demand and supply of software engineers by introducing an actionoriented and scenario-based didactical approach, which enables non-computer scientists to code. Therein, the learning content is provided in small tasks and embedded in learning factory scenarios. Therefore, different requirements for software engineers from the market side and from an academic viewpoint are analyzed and synthesized into an integrated, yet condensed skills catalogue. This enables the development of training and education units that focus on the most important skills demanded on the market. To achieve this objective, individual learning scenarios are developed. Of course, proper basic skills in coding cannot be learned over night but software programming is also no sorcery. KW - learning factory KW - programming skills KW - software engineering KW - training Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.16512/j.cnki.jsjjy.2020.12.002 SN - 1672-5913 IS - 12 SP - 2 EP - 10 PB - [Verlag nicht ermittelbar] CY - Bei jing shi ER - TY - JOUR A1 - Trautmann, Justin A1 - Zhou, Lin A1 - Brahms, Clemens Markus A1 - Tunca, Can A1 - Ersoy, Cem A1 - Granacher, Urs A1 - Arnrich, Bert T1 - TRIPOD BT - A treadmill walking dataset with IMU, pressure-distribution and photoelectric data for gait analysis JF - Data : open access ʻData in scienceʼ journal N2 - Inertial measurement units (IMUs) enable easy to operate and low-cost data recording for gait analysis. When combined with treadmill walking, a large number of steps can be collected in a controlled environment without the need of a dedicated gait analysis laboratory. In order to evaluate existing and novel IMU-based gait analysis algorithms for treadmill walking, a reference dataset that includes IMU data as well as reliable ground truth measurements for multiple participants and walking speeds is needed. This article provides a reference dataset consisting of 15 healthy young adults who walked on a treadmill at three different speeds. Data were acquired using seven IMUs placed on the lower body, two different reference systems (Zebris FDMT-HQ and OptoGait), and two RGB cameras. Additionally, in order to validate an existing IMU-based gait analysis algorithm using the dataset, an adaptable modular data analysis pipeline was built. Our results show agreement between the pressure-sensitive Zebris and the photoelectric OptoGait system (r = 0.99), demonstrating the quality of our reference data. As a use case, the performance of an algorithm originally designed for overground walking was tested on treadmill data using the data pipeline. The accuracy of stride length and stride time estimations was comparable to that reported in other studies with overground data, indicating that the algorithm is equally applicable to treadmill data. The Python source code of the data pipeline is publicly available, and the dataset will be provided by the authors upon request, enabling future evaluations of IMU gait analysis algorithms without the need of recording new data. KW - inertial measurement unit KW - gait analysis algorithm KW - OptoGait KW - Zebris KW - data pipeline KW - public dataset Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.3390/data6090095 SN - 2306-5729 VL - 6 IS - 9 PB - MDPI CY - Basel ER - TY - THES A1 - Torcato Mordido, Gonçalo Filipe T1 - Diversification, compression, and evaluation methods for generative adversarial networks N2 - Generative adversarial networks (GANs) have been broadly applied to a wide range of application domains since their proposal. In this thesis, we propose several methods that aim to tackle different existing problems in GANs. Particularly, even though GANs are generally able to generate high-quality samples, the diversity of the generated set is often sub-optimal. Moreover, the common increase of the number of models in the original GANs framework, as well as their architectural sizes, introduces additional costs. Additionally, even though challenging, the proper evaluation of a generated set is an important direction to ultimately improve the generation process in GANs. We start by introducing two diversification methods that extend the original GANs framework to multiple adversaries to stimulate sample diversity in a generated set. Then, we introduce a new post-training compression method based on Monte Carlo methods and importance sampling to quantize and prune the weights and activations of pre-trained neural networks without any additional training. The previous method may be used to reduce the memory and computational costs introduced by increasing the number of models in the original GANs framework. Moreover, we use a similar procedure to quantize and prune gradients during training, which also reduces the communication costs between different workers in a distributed training setting. We introduce several topology-based evaluation methods to assess data generation in different settings, namely image generation and language generation. Our methods retrieve both single-valued and double-valued metrics, which, given a real set, may be used to broadly assess a generated set or separately evaluate sample quality and sample diversity, respectively. Moreover, two of our metrics use locality-sensitive hashing to accurately assess the generated sets of highly compressed GANs. The analysis of the compression effects in GANs paves the way for their efficient employment in real-world applications. Given their general applicability, the methods proposed in this thesis may be extended beyond the context of GANs. Hence, they may be generally applied to enhance existing neural networks and, in particular, generative frameworks. N2 - Generative adversarial networks (GANs) wurden seit ihrer Einführung in einer Vielzahl von Anwendungsbereichen eingesetzt. In dieser Dissertation schlagen wir einige Verfahren vor, die darauf abzielen, verschiedene bestehende Probleme von GANs zu lösen. Insbesondere, fokussieren wir uns auf das Problem das GANs zwar qualitative hochwertige Samples generieren können, aber die Diversität ist oft sub-optimal. Darüber hinaus, stellt die allgemein übliche Zunahme der Anzahl der Modelle unter dem ursprünglichen GAN-Framework, als auch deren Modellgröße weitere Aufwendungskosten dar. Abschließend, ist die richtige Evaluierung einer generierten Menge, wenn auch herausfordernd, eine wichtige Forschungsrichtung, um letztendlich den Generierungsprozess von GANs zu verbessern. Wir beginnen mit der Einführung von zwei Diversifizierungsmethoden die das ursprüngliche GAN-Framework um mehrere Gegenspieler erweitern, um die Diversität zu erhöhen. Um den zusätzlichen Speicher- und Rechenaufwand zu reduzieren, führen wir dann eine neue Kompressionsmethode ein. Diese Methode basiert auf den Monte-Carlo-Methoden und Importance Sampling, für das Quantisieren und Pruning der Gewichte und Aktivierungen von schon trainierten neuronalen Netzwerken ohne zusätzliches Trainieren. Wir erweitern die erwähne Methode zusätzlich für das Quantisieren und Pruning von Gradienten während des Trainierens, was die Kommunikationskosten zwischen verschiedenen sogenannten „Workern“ in einer verteilten Trainingsumgebung reduziert. Bezüglich der Bewertung der generierten Samples, stellen wir mehrere typologie basierte Evaluationsmethoden vor, die sich auf Bild-und Text konzentrieren. Um verschiedene Anwendungsfälle zu erfassen, liefern unsere vorgestellten Methoden einwertige und doppelwertige Metriken. Diese können einerseits dazu genutzt werden, generierte Samples, oder die Qualität und Verteilung der Samples anhand einer Menge von echten Samples zu bewerten. Außerdem, verwenden zwei unserer vorgestellten Metriken so genanntes locality-sensitive Hashing, um die generierten Samples von stark komprimierten GANs genau zu bewerten. Die Analyse von Kompressionseffekten in GANs ebnet den Weg für ihren effizienten Einsatz für reale Anwendungen. Aufgrund der allgemeinen Anwendungsmöglichkeit von GANs, können die in dieser Arbeit vorgestellten Methoden auch über Kontext von GANs hinaus erweitert werden. Daher könnten sie allgemein auf existierende neuronale Netzwerke angewandt werden und insbesondere auf generative Frameworks. KW - deep learning KW - generative adversarial networks KW - erzeugende gegnerische Netzwerke KW - tiefes Lernen Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-535460 ER - TY - JOUR A1 - Tavakoli, Hamad A1 - Alirezazadeh, Pendar A1 - Hedayatipour, Ava A1 - Nasib, A. H. Banijamali A1 - Landwehr, Niels T1 - Leaf image-based classification of some common bean cultivars using discriminative convolutional neural networks JF - Computers and electronics in agriculture : COMPAG online ; an international journal N2 - In recent years, many efforts have been made to apply image processing techniques for plant leaf identification. However, categorizing leaf images at the cultivar/variety level, because of the very low inter-class variability, is still a challenging task. In this research, we propose an automatic discriminative method based on convolutional neural networks (CNNs) for classifying 12 different cultivars of common beans that belong to three various species. We show that employing advanced loss functions, such as Additive Angular Margin Loss and Large Margin Cosine Loss, instead of the standard softmax loss function for the classification can yield better discrimination between classes and thereby mitigate the problem of low inter-class variability. The method was evaluated by classifying species (level I), cultivars from the same species (level II), and cultivars from different species (level III), based on images from the leaf foreside and backside. The results indicate that the performance of the classification algorithm on the leaf backside image dataset is superior. The maximum mean classification accuracies of 95.86, 91.37 and 86.87% were obtained at the levels I, II and III, respectively. The proposed method outperforms the previous relevant works and provides a reliable approach for plant cultivars identification. KW - Bean KW - Plant identification KW - Digital image analysis KW - VGG16 KW - Loss KW - functions Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.1016/j.compag.2020.105935 SN - 0168-1699 SN - 1872-7107 VL - 181 PB - Elsevier CY - Amsterdam [u.a.] ER - TY - JOUR A1 - Steinrötter, Björn T1 - Das Konzept einer datenaltruistischen Organisation JF - Datenschutz und Datensicherheit N2 - Dass Technologien wie Machine Learning-Anwendungen oder Big bzw. Smart Data- Verfahren unbedingt Daten in ausreichender Menge und Güte benötigen, erscheint inzwischen als Binsenweisheit. Vor diesem Hintergrund hat insbesondere der EU-Gesetzgeber für sich zuletzt ein neues Betätigungsfeld entdeckt, indem er versucht, auf unterschiedlichen Wegen Anreize zum Datenteilen zu schaffen, um Innovation zu kreieren. Hierzu zählt auch eine geradezu wohltönend mit ,,Datenaltruismus‘‘ verschlagwortete Konstellation. Der Beitrag stellt die diesbezüglichen Regulierungserwägungen auf supranationaler Ebene dar und nimmt eine erste Analyse vor. KW - coding and information theory KW - computer science KW - general KW - cryptology KW - data structures and information theory Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.1007/s11623-021-1539-6 SN - 1862-2607 SN - 1614-0702 VL - 45 IS - 12 SP - 794 EP - 798 PB - Springer CY - Berlin ER - TY - JOUR A1 - Shekhar, Sumit A1 - Reimann, Max A1 - Mayer, Maximilian A1 - Semmo, Amir A1 - Pasewaldt, Sebastian A1 - Döllner, Jürgen A1 - Trapp, Matthias T1 - Interactive photo editing on smartphones via intrinsic decomposition JF - Computer graphics forum : journal of the European Association for Computer Graphics N2 - Intrinsic decomposition refers to the problem of estimating scene characteristics, such as albedo and shading, when one view or multiple views of a scene are provided. The inverse problem setting, where multiple unknowns are solved given a single known pixel-value, is highly under-constrained. When provided with correlating image and depth data, intrinsic scene decomposition can be facilitated using depth-based priors, which nowadays is easy to acquire with high-end smartphones by utilizing their depth sensors. In this work, we present a system for intrinsic decomposition of RGB-D images on smartphones and the algorithmic as well as design choices therein. Unlike state-of-the-art methods that assume only diffuse reflectance, we consider both diffuse and specular pixels. For this purpose, we present a novel specularity extraction algorithm based on a multi-scale intensity decomposition and chroma inpainting. At this, the diffuse component is further decomposed into albedo and shading components. We use an inertial proximal algorithm for non-convex optimization (iPiano) to ensure albedo sparsity. Our GPU-based visual processing is implemented on iOS via the Metal API and enables interactive performance on an iPhone 11 Pro. Further, a qualitative evaluation shows that we are able to obtain high-quality outputs. Furthermore, our proposed approach for specularity removal outperforms state-of-the-art approaches for real-world images, while our albedo and shading layer decomposition is faster than the prior work at a comparable output quality. Manifold applications such as recoloring, retexturing, relighting, appearance editing, and stylization are shown, each using the intrinsic layers obtained with our method and/or the corresponding depth data. KW - CCS Concepts KW - center dot Computing KW - methodologie KW - Image-based rendering KW - Image KW - processing KW - Computational photography Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.1111/cgf.142650 SN - 0167-7055 SN - 1467-8659 VL - 40 SP - 497 EP - 510 PB - Blackwell CY - Oxford ER - TY - BOOK A1 - Seitz, Klara A1 - Lincke, Jens A1 - Rein, Patrick A1 - Hirschfeld, Robert T1 - Language and tool support for 3D crochet patterns BT - virtual crochet with a graph structure N2 - Crochet is a popular handcraft all over the world. While other techniques such as knitting or weaving have received technical support over the years through machines, crochet is still a purely manual craft. Not just the act of crochet itself is manual but also the process of creating instructions for new crochet patterns, which is barely supported by domain specific digital solutions. This leads to unstructured and often also ambiguous and erroneous pattern instructions. In this report, we propose a concept to digitally represent crochet patterns. This format incorporates crochet techniques which allows domain specific support for crochet pattern designers during the pattern creation and instruction writing process. As contributions, we present a thorough domain analysis, the concept of a graph structure used as domain specific language to specify crochet patterns and a prototype of a projectional editor using the graph as representation format of patterns and a diagramming system to visualize them in 2D and 3D. By analyzing the domain, we learned about crochet techniques and pain points of designers in their pattern creation workflow. These insights are the basis on which we defined the pattern representation. In order to evaluate our concept, we built a prototype by which the feasibility of the concept is shown and we tested the software with professional crochet designers who approved of the concept. N2 - Häkeln ist eine weltweit verbreitete Handarbeitskunst. Obwohl andere Techniken, wie stricken und weben über die Zeit maschinelle Unterstützung erhalten haben, ist Häkeln noch heute ein komplett manueller Vorgang. Nicht nur das Häkeln an sich, sondern auch der Prozess zur Anleitungserstellung von neuen Häkeldesigns ist kaum unterstützt mit digitalen Lösungen. In dieser Arbeit stellen wir ein Konzept vor, das Häkelanleitungen digital repräsentiert. Das entwickelte Format integriert Häkeltechniken, wodurch wir den Prozess des Anleitungschreibens für Designer spezifisch für die Häkeldomäne unterstützen können. Als Beiträge analysieren wir umfassend die Häkeldomäne, entwickeln ein Konzept zur Repräsentation von Häkelanleitungen basierend auf einer Graphenstruktur als domänenspezifische Sprache und implementieren einen projektionalen Editor, der auf der besagten Graphenstruktur aufbaut und weiterhin die erstellten Anleitungen als schematische Darstellung in 2D und 3D visualisiert. Durch die Analyse der Domäne lernen wir Häkeltechniken und Schwachstellen beim Ablauf des Anleitungserstellens kennen. Basierend auf diesen Erkenntnissen entwickeln wir das digitale Format, um Anleitungen zu repräsentieren. Für die Evaluierung unseres Konzepts, haben wir einen Prototypen implementiert, der die Machbarkeit demonstriert. Zudem haben wir die Software von professionellen Häkeldesignern testen lassen, die unsere Herangehensweise gutheißen. T3 - Technische Berichte des Hasso-Plattner-Instituts für Digital Engineering an der Universität Potsdam - 137 KW - crochet KW - visual language KW - tools KW - computer-aided design KW - Häkeln KW - visuelle Sprache KW - Werkzeuge KW - rechnerunterstütztes Konstruieren Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-492530 SN - 978-3-86956-505-7 SN - 1613-5652 SN - 2191-1665 IS - 137 PB - Universitätsverlag Potsdam CY - Potsdam ER - TY - JOUR A1 - Schäfer, Robin A1 - Stede, Manfred T1 - Argument mining on twitter BT - a survey JF - Information technology : it ; Methoden und innovative Anwendungen der Informatik und Informationstechnik ; Organ der Fachbereiche 3 und 4 der GI e.V. und des Fachbereichs 6 der ITG N2 - In the last decade, the field of argument mining has grown notably. However, only relatively few studies have investigated argumentation in social media and specifically on Twitter. Here, we provide the, to our knowledge, first critical in-depth survey of the state of the art in tweet-based argument mining. We discuss approaches to modelling the structure of arguments in the context of tweet corpus annotation, and we review current progress in the task of detecting argument components and their relations in tweets. We also survey the intersection of argument mining and stance detection, before we conclude with an outlook. KW - Argument Mining KW - Twitter KW - Stance Detection Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.1515/itit-2020-0053 SN - 1611-2776 SN - 2196-7032 VL - 63 IS - 1 SP - 45 EP - 58 PB - De Gruyter CY - Berlin ER - TY - BOOK A1 - Schneider, Sven A1 - Maximova, Maria A1 - Giese, Holger T1 - Probabilistic metric temporal graph logic N2 - Cyber-physical systems often encompass complex concurrent behavior with timing constraints and probabilistic failures on demand. The analysis whether such systems with probabilistic timed behavior adhere to a given specification is essential. When the states of the system can be represented by graphs, the rule-based formalism of Probabilistic Timed Graph Transformation Systems (PTGTSs) can be used to suitably capture structure dynamics as well as probabilistic and timed behavior of the system. The model checking support for PTGTSs w.r.t. properties specified using Probabilistic Timed Computation Tree Logic (PTCTL) has been already presented. Moreover, for timed graph-based runtime monitoring, Metric Temporal Graph Logic (MTGL) has been developed for stating metric temporal properties on identified subgraphs and their structural changes over time. In this paper, we (a) extend MTGL to the Probabilistic Metric Temporal Graph Logic (PMTGL) by allowing for the specification of probabilistic properties, (b) adapt our MTGL satisfaction checking approach to PTGTSs, and (c) combine the approaches for PTCTL model checking and MTGL satisfaction checking to obtain a Bounded Model Checking (BMC) approach for PMTGL. In our evaluation, we apply an implementation of our BMC approach in AutoGraph to a running example. N2 - Cyber-physische Systeme umfassen häufig ein komplexes nebenläufiges Verhalten mit Zeitbeschränkungen und probabilistischen Fehlern auf Anforderung. Die Analyse, ob solche Systeme mit probabilistischem gezeitetem Verhalten einer vorgegebenen Spezifikation entsprechen, ist essentiell. Wenn die Zustände des Systems durch Graphen dargestellt werden können, kann der regelbasierte Formalismus von probabilistischen gezeiteten Graphtransformationssystemen (PTGTSs) verwendet werden, um die Strukturdynamik sowie das probabilistische und gezeitete Verhalten des Systems geeignet zu erfassen. Die Modellprüfungsunterstützung für PTGTSs bzgl. Eigenschaften, die unter Verwendung von probabilistischer zeitgesteuerter Berechnungsbaumlogik (PTCTL) spezifiziert wurden, wurde bereits entwickelt. Darüber hinaus wurde das gezeitete graphenbasierte Laufzeitmonitoring mittels metrischer temporaler Graphlogik (MTGL) entwickelt, um metrische temporale Eigenschaften auf identifizierten Untergraphen und ihre strukturellen Änderungen über die Zeit zu erfassen. In diesem Artikel (a) erweitern wir MTGL auf die probabilistische metrische temporale Graphlogik (PMTGL), indem wir die Spezifikation probabilistischer Eigenschaften zulassen, (b) passen unseren MTGL-Prüfungsansatz auf PTGTSs an und (c) kombinieren die Ansätze für PTCTL-Modellprüfung und MTGL-Prüfung, um einen beschränkten Modellprüfungsansatz (BMC-Ansatz) für PMTGL zu erhalten. In unserer Auswertung wenden wir eine Implementierung unseres BMC-Ansatzes in AutoGraph auf ein Beispiel an. T3 - Technische Berichte des Hasso-Plattner-Instituts für Digital Engineering an der Universität Potsdam - 140 KW - cyber-physische Systeme KW - probabilistische gezeitete Systeme KW - qualitative Analyse KW - quantitative Analyse KW - Bounded Model Checking KW - cyber-physical systems KW - probabilistic timed systems KW - qualitative analysis KW - quantitative analysis KW - bounded model checking Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-515066 SN - 978-3-86956-517-0 SN - 1613-5652 SN - 2191-1665 IS - 140 PB - Universitätsverlag Potsdam CY - Potsdam ER - TY - JOUR A1 - Schneider, Sven A1 - Lambers, Leen A1 - Orejas, Fernando T1 - A logic-based incremental approach to graph repair featuring delta preservation JF - International journal on software tools for technology transfer : STTT N2 - We introduce a logic-based incremental approach to graph repair, generating a sound and complete (upon termination) overview of least-changing graph repairs from which a user may select a graph repair based on non-formalized further requirements. This incremental approach features delta preservation as it allows to restrict the generation of graph repairs to delta-preserving graph repairs, which do not revert the additions and deletions of the most recent consistency-violating graph update. We specify consistency of graphs using the logic of nested graph conditions, which is equivalent to first-order logic on graphs. Technically, the incremental approach encodes if and how the graph under repair satisfies a graph condition using the novel data structure of satisfaction trees, which are adapted incrementally according to the graph updates applied. In addition to the incremental approach, we also present two state-based graph repair algorithms, which restore consistency of a graph independent of the most recent graph update and which generate additional graph repairs using a global perspective on the graph under repair. We evaluate the developed algorithms using our prototypical implementation in the tool AutoGraph and illustrate our incremental approach using a case study from the graph database domain. KW - Nested graph conditions KW - Graph repair KW - Model repair KW - Consistency KW - restoration KW - Delta preservation KW - Graph databases KW - Model-driven KW - engineering Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.1007/s10009-020-00584-x SN - 1433-2779 SN - 1433-2787 VL - 23 IS - 3 SP - 369 EP - 410 PB - Springer CY - Berlin ; Heidelberg ER - TY - JOUR A1 - Schneider, Johannes A1 - Wenig, Phillip A1 - Papenbrock, Thorsten T1 - Distributed detection of sequential anomalies in univariate time series JF - The VLDB journal : the international journal on very large data bases N2 - The automated detection of sequential anomalies in time series is an essential task for many applications, such as the monitoring of technical systems, fraud detection in high-frequency trading, or the early detection of disease symptoms. All these applications require the detection to find all sequential anomalies possibly fast on potentially very large time series. In other words, the detection needs to be effective, efficient and scalable w.r.t. the input size. Series2Graph is an effective solution based on graph embeddings that are robust against re-occurring anomalies and can discover sequential anomalies of arbitrary length and works without training data. Yet, Series2Graph is no t scalable due to its single-threaded approach; it cannot, in particular, process arbitrarily large sequences due to the memory constraints of a single machine. In this paper, we propose our distributed anomaly detection system, short DADS, which is an efficient and scalable adaptation of Series2Graph. Based on the actor programming model, DADS distributes the input time sequence, intermediate state and the computation to all processors of a cluster in a way that minimizes communication costs and synchronization barriers. Our evaluation shows that DADS is orders of magnitude faster than S2G, scales almost linearly with the number of processors in the cluster and can process much larger input sequences due to its scale-out property. KW - Distributed programming KW - Sequential anomaly KW - Actor model KW - Data mining KW - Time series Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.1007/s00778-021-00657-6 SN - 1066-8888 SN - 0949-877X VL - 30 IS - 4 SP - 579 EP - 602 PB - Springer CY - Berlin ER - TY - JOUR A1 - Schindler, Daniel A1 - Moldenhawer, Ted A1 - Stange, Maike A1 - Lepro, Valentino A1 - Beta, Carsten A1 - Holschneider, Matthias A1 - Huisinga, Wilhelm T1 - Analysis of protrusion dynamics in amoeboid cell motility by means of regularized contour flows JF - PLoS Computational Biology : a new community journal N2 - Amoeboid cell motility is essential for a wide range of biological processes including wound healing, embryonic morphogenesis, and cancer metastasis. It relies on complex dynamical patterns of cell shape changes that pose long-standing challenges to mathematical modeling and raise a need for automated and reproducible approaches to extract quantitative morphological features from image sequences. Here, we introduce a theoretical framework and a computational method for obtaining smooth representations of the spatiotemporal contour dynamics from stacks of segmented microscopy images. Based on a Gaussian process regression we propose a one-parameter family of regularized contour flows that allows us to continuously track reference points (virtual markers) between successive cell contours. We use this approach to define a coordinate system on the moving cell boundary and to represent different local geometric quantities in this frame of reference. In particular, we introduce the local marker dispersion as a measure to identify localized membrane expansions and provide a fully automated way to extract the properties of such expansions, including their area and growth time. The methods are available as an open-source software package called AmoePy, a Python-based toolbox for analyzing amoeboid cell motility (based on time-lapse microscopy data), including a graphical user interface and detailed documentation. Due to the mathematical rigor of our framework, we envision it to be of use for the development of novel cell motility models. We mainly use experimental data of the social amoeba Dictyostelium discoideum to illustrate and validate our approach.
Author summary Amoeboid motion is a crawling-like cell migration that plays an important key role in multiple biological processes such as wound healing and cancer metastasis. This type of cell motility results from expanding and simultaneously contracting parts of the cell membrane. From fluorescence images, we obtain a sequence of points, representing the cell membrane, for each time step. By using regression analysis on these sequences, we derive smooth representations, so-called contours, of the membrane. Since the number of measurements is discrete and often limited, the question is raised of how to link consecutive contours with each other. In this work, we present a novel mathematical framework in which these links are described by regularized flows allowing a certain degree of concentration or stretching of neighboring reference points on the same contour. This stretching rate, the so-called local dispersion, is used to identify expansions and contractions of the cell membrane providing a fully automated way of extracting properties of these cell shape changes. We applied our methods to time-lapse microscopy data of the social amoeba Dictyostelium discoideum. Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1009268 SN - 1553-734X SN - 1553-7358 VL - 17 IS - 8 PB - PLoS CY - San Fransisco ER - TY - JOUR A1 - Rüdian, Sylvio Leo A1 - Vladova, Gergana T1 - Kostenfreie Onlinekurse nachhaltig mit personalisiertem Marketing finanzieren BT - ein Vorschlag zur synergetischen Kombination zweier datengetriebener Geschäftsmodelle JF - HMD Praxis der Wirtschaftsinformatik N2 - Selbstbestimmtes Lernen mit Onlinekursen findet zunehmend mehr Akzeptanz in unserer Gesellschaft. Lernende können mithilfe von Onlinekursen selbst festlegen, was sie wann lernen und Kurse können durch vielfältige Adaptionen an den Lernfortschritt der Nutzer angepasst und individualisiert werden. Auf der einen Seite ist eine große Zielgruppe für diese Lernangebote vorhanden. Auf der anderen Seite sind die Erstellung von Onlinekursen, ihre Bereitstellung, Wartung und Betreuung kostenintensiv, wodurch hochwertige Angebote häufig kostenpflichtig angeboten werden müssen, um als Anbieter zumindest kostenneutral agieren zu können. In diesem Beitrag erörtern und diskutieren wir ein offenes, nachhaltiges datengetriebenes zweiseitiges Geschäftsmodell zur Verwertung geprüfter Onlinekurse und deren kostenfreie Bereitstellung für jeden Lernenden. Kern des Geschäftsmodells ist die Nutzung der dabei entstehenden Verhaltensdaten, die daraus mögliche Ableitung von Persönlichkeitsmerkmalen und Interessen und deren Nutzung im kommerziellen Kontext. Dies ist eine bei der Websuche bereits weitläufig akzeptierte Methode, welche nun auf den Lernkontext übertragen wird. Welche Möglichkeiten, Herausforderungen, aber auch Barrieren überwunden werden müssen, damit das Geschäftsmodell nachhaltig und ethisch vertretbar funktioniert, werden zwei unabhängige, jedoch synergetisch verbundene Geschäftsmodelle vorgestellt und diskutiert. Zusätzlich wurde die Akzeptanz und Erwartung der Zielgruppe für das vorgestellte Geschäftsmodell untersucht, um notwendige Kernressourcen für die Praxis abzuleiten. Die Ergebnisse der Untersuchung zeigen, dass das Geschäftsmodell von den Nutzer*innen grundlegend akzeptiert wird. 10 % der Befragten würden es bevorzugen, mit virtuellen Assistenten – anstelle mit Tutor*innen zu lernen. Zudem ist der Großteil der Nutzer*innen sich nicht darüber bewusst, dass Persönlichkeitsmerkmale anhand des Nutzerverhaltens abgeleitet werden können. KW - Onlinekurse KW - Big Data KW - Geschäftsmodell KW - Werbung KW - Marketing KW - Canvas Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.1365/s40702-021-00720-4 SN - 1436-3011 VL - 58 IS - 3 SP - 507 EP - 520 PB - Springer Vieweg CY - Wiesbaden ER -