Module 39-Inf-VHM Vision in Human and Machine

Faculty

Person responsible for module

Regular cycle (beginning)

Every winter semester

Credit points and duration

5 Credit points

For information on the duration of the modul, refer to the courses of study in which the module is used.

Competencies

Im Rahmen dieser Vorlesung lernen die Studierenden am Beispiel des visuellen Sytems des Menschen die äußerst fruchtbare interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen den experimentellen Neurowissenschaften und der technischen Bildverarbeitung mit neuronalen Architekturen kennen. Sie erwerben dabei Grundkenntnisse der Bildverarbeitung bezüglich Merkmalsextraktion, Objekterkennung und Segmentierung und lernen den aktuellen Stand der neurowissenschaftlichen Forschung zur biologischen Realisierung dieser Verarbeitungsprinzipien kennen. Praktische Übungen in MATLAB und Gruppenprojekte dienen der Vertiefung des erworbenen Wissen für Anwendungen aus der Computer Vision.

The target of this lecture is to introduce the fruitful interdisciplinary collaboration between neuroscience and computer vision for understanding the human visual system. The students acquire basic knowledge about feature extraction, object recognition, segmentation and learn about the current status of neuroscientific research on the biological realization of the underlying processing principles. Practical tutorials using MATLAB and group projects show the application of the learned concepts within the context of typical computer vision tasks.

Content of teaching

This lecture gives an overview over the current state of knowledge about the human visual system and how this has led to new approaches to computer vision technology that are particularly suitable for embodied intelligent systems like humanoid robots. The lecture starts with an overview on the overall characteristics of human visual perception and a short review of the current state-of-the-art in computer vision. Then I will focus on the main human visual pathways for object recognition ("what") and spatial perception ("where") and present established models of early feature detection for these pathways. I will discuss the principle of redundancy reduction, which is an important concept for understanding sensory processing in the brain and explain methods like sparse coding for unsupervised learning of features. These methods have recently developed into well-established tools for general pattern recognition. Going from low-level perception to more high-level concepts, I will introduce the main models for object representation in the higher visual cortex and present corresponding hierarchical model implementations for object recognition which were shown to be very efficient in their application to humanoid robots. Another important topic will be the Gestalt laws of perception, and how the phenomena of perceptual grouping can be modeled using neurodynamical models for sensory segmentation. In the final part of the lecture I will focus on multi-modality and visual action-related representations like mirror-neurons in the brain and show how this has led to new learning and representation approaches for cognitive robots.

Recommended previous knowledge

Grundkenntnisse in Mathematik: Mehrdimensionale Analysis

Basic required knowledge in mathematics: Multidimensional analysis

Necessary requirements

Explanation regarding the elements of the module

Die Modul(teil)prüfung kann in einigen Studiengängen nach Wahl der Studierenden auch "unbenotet" erbracht werden. Vor Erbringung ist eine entsprechende Festlegung vorzunehmen, eine nachträgliche Änderung (benotet - unbenotet) ist ausgeschlossen. Wird diese Option gewählt, ist es nicht möglich, dieses Modul zu verwenden, um es in einen Studiengang einzubringen, in dem dieses Modul bei der Gesamtnotenberechnung berücksichtigt wird.

The (partial) examination of the module can be performed as "ungraded" in some study programs at the students choice. Before the examination a respective determination must be carried out, a later modification (graded - ungraded) is impossible. If the "ungraded" option is chosen, it is not possible to include this module in a study program where this module is deemed to enter the calculation of the overall grade.

Module structure: 0-1 bPr, 0-1 uPr 1

Courses

Vision in Human and Machine
Type lecture
Regular cycle WiSe
Workload5 30 h (30 + 0)

als Blockveranstaltung im Anschluss an die Vorlesungszeit des Wintersemesters

Vision in Human and Machine
Type exercise
Regular cycle WiSe
Workload5 60 h (30 + 30)
LP 2

als Blockveranstaltung im Anschluss an die Vorlesungszeit des Wintersemesters


Examinations

portfolio with final examination
Allocated examiner Teaching staff of the course Vision in Human and Machine (lecture)
Weighting without grades
Workload 60h
LP2 2

In einigen Studiengängen der Technischen Fakultät kann die Modulprüfung nach Wahl der Studierenden auch "unbenotet" erbracht werden (s. Erläuterungen zu den Modulelementen und die jeweilige FsB). Wird die unbenotete Option gewählt, ist es nicht möglich, dieses Modul zu verwenden, um es in einen Studiengang einzubringen, in dem dieses Modul bei der Gesamtnotenberechnung berücksichtigt wird.
Erläuterungen zu dieser Prüfung siehe unten (benotete Prüfungsvariante).

portfolio with final examination
Allocated examiner Teaching staff of the course Vision in Human and Machine (lecture)
Weighting 1
Workload 60h
LP2 2

Portfolio aus Übungsaufgaben, einem Gruppenprojekt (Software-Projekt mit schriftlicher Ausarbeitung im Umfang von 5-10 Seiten) und mündlicher Abschlussprüfung (15-20 Min), welche sich auf die Übungsaufgaben, das Gruppenprojekt und Vorlesung bezieht.
Die Übungsaufgaben ergänzen und vertiefen den Inhalt der Vorlesung. Nachweis einer ausreichenden Zahl korrekt gelöster Übungsaufgaben ist erforderlich (in der Regel 50% der für das Lösen der Aufgaben erzielbaren Punkte).

Portfolio consisting of successful tutorial participation, group project (software project with written report of 5-10 pages) oral examination (20 min) on tutorials, lecture and group project.

The module is used in these degree programmes:

Degree programme Version Recom­mended start 3 Duration Manda­tory option 4
Bioinformatics and Genome Research / Master of Science [FsB vom 30.09.2016 mit Änderungen vom 15.09.2017, 02.05.2018, 04.06.2020 und 31.03.2023] 1. one semester Compul­sory optional subject
Bioinformatics and Genome Research / Master of Science [FsB vom 17.12.2012 mit Änderungen vom 15.04.2013, 15.10.2014, 02.03.2015, 17.08.2015 und Berichtigungen vom 17.11.2014 und 01.12.2015] 1. one semester Compul­sory optional subject
Fundamentals of Cognitive Systems / Bachelor [FsB vom 04.06.2020] Minor Subject (Academic), 60 CPs 5. one semester Compul­sory optional subject
Intelligent Systems / Master of Science [FsB vom 27.07.2018 mit Änderung vom 04.06.2020] 1. one semester Compul­sory optional subject
Intelligent Systems / Master of Science [FsB vom 17.12.2012 mit Änderungen vom 15.04.2013, 01.04.2014, 15.10.2014, 02.03.2015 und Berichtigung vom 17.11.2014] 1. one semester Compul­sory optional subject
Cognitive Informatics / Bachelor of Science [FsB vom 30.09.2016 mit Änderungen vom 15.09.2017, 02.05.2018, 01.07.2019 und 16.08.2021] Bachelor with One Core Subject (Academic) 5. one semester Compul­sory optional subject
Cognitive Informatics / Bachelor of Science [FsB vom 31.08.2012 mit Änderungen vom 15.04.2013, 01.04.2014, 15.10.2014, 02.03.2015, 17.08.2015 und Berichtigung vom 01.12.2015] Bachelor with One Core Subject (Academic) 5. one semester Compul­sory optional subject
Informatics for the Natural Sciences / Master of Science [FsB vom 30.09.2016 mit Berichtigung vom 10.01.2017 und Änderungen vom 15.09.2017, 02.05.2018, 04.06.2020 und 31.03.2023] 1. one semester Compul­sory optional subject
Informatics for the Natural Sciences / Master of Science [FsB vom 17.12.2012 mit Änderungen vom 15.04.2013, 01.04.2014, 15.10.2014, 02.03.2015, 01.12.2015 und Berichtigungen vom 01.04.2014, 17.11.2014 und 12.07.2017] 1. one semester Compul­sory optional subject

Automatic check for completeness

The system can perform an automatic check for completeness for this module.


Legend

1
The module structure displays the required number of study requirements and examinations.
2
LP is the short form for credit points.
3
The figures in this column are the specialist semesters in which it is recommended to start the module. Depending on the individual study schedule, entirely different courses of study are possible and advisable.
4
Explanations on mandatory option: "Obligation" means: This module is mandatory for the course of the studies; "Optional obligation" means: This module belongs to a number of modules available for selection under certain circumstances. This is more precisely regulated by the "Subject-related regulations" (see navigation).
5
Workload (contact time + self-study)
SL
Study requirement
Pr
Examination
bPr
Number of examinations with grades
uPr
Number of examinations without grades
Diese Leistung kann gemeldet und verbucht werden.