Informatik aktuell

Herausgeber: W. Brauer im Auf trag der Gesellschaft fUr Informatik (GI)

Springer Berlin Heidelberg New York Barcelona Hongkong London Mailand Paris Singapur Tokio

Wolfgang Forstner Annett Faber

Joachim M. B uhmann Petko Faber (Hrsg.)

Mustererkennung 1999 21. DAGM-Symposium Bonn, 15.-17. September 1999

, Springer

Herausgeber

W. Forstner Institut fUr Photogrammetrie, Universitat Bonn NuBallee 15, D-53115 Bonn

J. M. Buhmann Institut fUr Informatik III, Universitat Bonn Romerstrasse 164, D-53117 Bonn

A. Faber P. Faber Institut fUr Photogrammetrie, Universitat Bonn NuBallee 15, D-53115 Bonn

Die Deutsche Bibliothek - CIP-Einheitsaufnahme

Mustererkennung ... : ... DAGM-Symposium ... - Berlin; Heidelberg; New York; Barcelona; Hongkong ; London; Mailand ; Paris ; Singapur ; Tokio : Springer

Beitr. teilw. dt., teilw. engl. - Teilw. im VDE-Verl., Berlin, Offenbach 21. 1999. Bonn, 15. - 17. September 1999. - 1999 (Informatik aktuell)

ISBN-13:978-3-540-66381-2 e-ISBN-13:978-3-642-60243-6

CR Subject Classification (1999): C.3, G.l, G.2, G.3, H.3, 1.2, 1.2.10, 1.4,1.4.5,1.4.6,1.4.7,1.4.8,1.4.9,1.4.10,1.5

ISBN-13:978-3-540-66381-2 e- ISBN-13:978-3-642-60243-6 DOl: 10.1007/978-3-642-60243-6

Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York

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© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1999

Satz: Reproduktionsfertige Vorlage yom Autor/Herausgeber

SPIN: 10697508 33/3142-543210- Gedruckt auf saurefreiem Papier

Veranstalter

DAGM, Deutsche Arbeitsgemeinschaft fUr Mustererkennung

Tagungsleitung

Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Forstner Institut fUr Photogrammetrie Universitat Bonn

Prof. Dr. Joachim Buhmann Institut fUr Informatik Universitat Bonn

Programmkomitee

R. Albrecht, Innsbruck H. Burkhardt, Freiburg D. Fritsch, Stuttgart H. Giebel, Munchen G. Hartmann, Paderborn E. Hundt, Munchen W. G. Kropatsch, Wien R. Mester, FrankfurtJM. B. Neumann, Hamburg H. Niemann, Erlangen S. PappI, Lubeck H. Ritter, Bielefeld D. Saupe, Leipzig G. Sommer, Kiel F. Wahl, Braunschweig

J. Buhmann, Bonn W. Forstner, Bonn S. Fuchs, Dresden A. Grun, Zurich H. Hahne, Hamburg B. Jahne, Heidelberg C.-E. Liedtke, Hannover H.-H. Nagel, Karlsruhe H. Ney, Aachen E. Paulus, Braunschweig B. Radig, Munchen G. Sagerer, Bielefeld B. Schleifenbaum, Wetzlar N. Stein, Wiesbaden

Die Deutsche Arbeitsgemeinschaft fUr Mustererkennung (DAGM) veranstaltet seit 1978 jahrlich an verschiedenen Orten ein wissenschaftliches Symposium mit dem Ziel, Aufgabenstellungen, Denkweisen und Forschungsergebnisse aus den Gebieten der Mustererkennung vorzustellen, den Erfahrungs- und Ideen­austausch zwischen den Fachleuten anzuregen und den wissenschaftlichen Nach­wuchs zu fOrdern.

VI

Die DAGM ist Mitglied der International Association for Pattern Recognition (IAPR) und wird durch folgende wissenschaftliche Tragergesellschaften gebildet:

DGaO GMDS

GI ITG DGNM IEEE

DGPF VDMA

GNNS

Deutsche Gesellschaft fUr angewandte Optik Deutsche Gesellschaft fUr Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemologie Gesellschaft fUr Informatik Informationstechnische Gesellschaft Deutsche Gesellschaft fUr Nuklearmedizin The Institute for Electrical and Electronic Engineers, German Section Deutsche Gesellschaft fUr Photogrammetrie und Fernerkundung Fachabteilung Industrielle Bildverarbeitung/Machine Vision im VDMA German Chapter of the European Neural Network Society

DIE GANZE WELT DER BOCHER

Die DAGM 1999 wird unterstiitzt von: BOUVIER www.books.de

Preistrager des 20. DAGM Symposium Mustererkennung 1998 Stuttgart, 29. September - 1. Oktober 1998

Der mit 5000,- dotierte DAGM-Preis 1998 wurde verliehen an:

S. Abraham, W. Forstner (Universitiit Bonn)

Calibration Errors in Structure from Motion

Die mit 1000,- dotierten Annerkennungspreise wurden verliehen an:

I. Ahrns (Daimler Benz AG), H. Neumann (Universitiit Ulm)

B. Krebs, M. Burkhardt, F. M. Wahl (TU Braunschweig)

L. J. Latecki, R. Lakiimper (Universitiit Hamburg)

R. Linder, S. J. Poppl (Medizinische Universitiit Z1J Lubeck)

B. SchOlkopf, A. Smola (GMD FIRST, Berlin), P. Knirsch, C. Burges (Bell Labs, Holmdel NJ)

Improving Phase-Based Disparity Estimation by Means of Filter Tuning Techniques

Integration of Multiple Feature Detec­tion by a Bayesian Net for 3D Object Recognition

Discrete Approach to Curve Evolution

Optimierung der Konvergenzgeschwin­digkeit von Backpropagation

Fast Approximation of Support Vector Kernel Expansions, and an Interpreta­tion of Clustering as Approximation in Feature Spaces

... . OLYMPUS' • EUROPA STIFTUII& ...

IYISSENSCUFT fURS LEBEl

Der mit 10000,- dotierte Preis der Olympus Europa Stiftung furs Leben wurde gemeinsam verliehen an:

T. Hofmann (MIT Boston)

J. Weickert (UniversiUit Mannheim)

Stochastische Optimierungsmethoden zur Datengruppierung und Datenvisua­lisierung

Nichtlineare anisotrope Diffusionsfilter in der Bildverarbeitung

Vorwort

Die Jahrestagung DAGM '99 der Deutschen Arbeitsgemeinschaft fiir Muster­erkennung findet in diesem Jahr vom 15. - 17. September an der Universitat Bonn statt und wird gemeinschaftlich vom Institut fiir Photogrammetrie und dem Institut fiir Informatik ausgerichtet. Wir haben die Gelegenheit genutzt und, der erfolgreichen Veranstaltung in Bielefeld 1995 folgend, die Tagung wieder in Verbindung mit der Jahrestagung der Kiinstlichen Intelligenz, der KI '99, durchgefiihrt.

Die DAGM '99 steht unter dem Thema "Interpretation natilrlicher Szenen: Von der medizinischen Bildverarbeitung bis zur Fernerkundung". Dieses Motto greift aktuelle Entwicklungen in der Mustererkennung auf, intelligente Daten­analyse fiir grofie Datensatze zu betreiben und damit der Wissensgesellschaft neuartige Analysewerkzeuge fiir natiirliche Szenen, aber auch fiir Data Mining zur Verfiigung zu stellen. Der thematische Bezug zur Jahrestagung fiir Kiinstli­che Intelligenz wurde bewuf3t gewahlt, urn das ganze Spektrum der intelligenten Mustererkennung von der subsymbolischen Datenanalyse bis zur symbolischen Informationsverarbeitung aufzuzeigen.

Die DAGM beginnt am Mittwoch, dem Abschluf3tag der KI '99, mit einem gemeinsamen Tagungsprogramm, der Verleihung des Olympuspreises und zwei eingeladenen Vortragen: H.-P. Kriegel (Technische Universitat Miinchen) spricht iiber Knowledge Discovery in Spatial Databases, und T. Matsuyama (Kyoto Uni­versity, Japan) spricht iiber Cooperative Distributed Vision: Dynamic Integration of Visual Perception, Action, and Communication. In beiden Vortragen werden Themen zur Diskussion gestellt, welche sowohl im Bereich der Mustererkennung als auch im Bereich der Kiinstlichen Intelligenz von grofiem Interesse sind.

In den beiden anderen eingeladenen Vortragen geben J. Malik (University of California, Berkeley, CA, USA) Region-Based Image Retrieval und H. Ney (RWTH Aachen) Stochastic Modelling: From Pattern Classification to Speech Recognition and Language Translation auf der DAGM '99 einen Einblick in ak­tuelle Forschungsgebiete der Mustererkennung.

Die gemeinsam von der KI '99 und der DAGM '99 getragene Industrieaus­stellung, die im Rahmen der Bonner VISIONALE '99 von von der Strukturforder­gesellschaft der Stadt Bonn unterstiitzt wird, steht unter dem Motto "Intelli­gente Datenanalyse und Systeme fur die Wissensgesellschaft". Die diesjahrige Industrieausstellung gibt Gelegenheit, das informationstechnische Potential der Region aufzuzeigen.

Das Programm der DAGM stiitzt sich auf die Beurteilung von 72 eingereich­ten Beitragen. Urn eine moglichst objektive Bewertung der eingereichten Bei­trage zu gewahrleisten, wurde ein doppelt-blinder Review-Prozefi durchgefiihrt. Dieses Vorgehen hat sich bewahrt. Die letztlich nicht ganz leichte Wahl fiel auf insgesamt 43 Beitrage, von denen 21 zur Prasentation als Vortrag und 22 zur Prasentation als Poster ausgewahlt wurden. Die Beitrage ergeben ein insgesamt sehr interessantes und ausgewogenes Programm, das gemafi des Ablaufs der Ta­gung abgedruckt ist.

x

1m Tagungsband finden sich sowohl neue Entwicklungen auf dem Gebiet der Grundlagenforschung als auch interessante Anwendungen aus allen Bereichen der Mustererkennung wieder, wobei neb en der Sprachverarbeitung vor allem Beitrage zu statistischen Verfahren, zur Analyse von Bildfolgen und zur Rekon­struktion der 3D-Geometrie aus Bildern dominieren.

Wir mochten an dieser Stelle dem Programmkomitee fUr die sehr konstruk­tive Arbeit und insbesondere fUr das piinktliche Erstellen der Gutachten dan­ken. Den Autoren danken wir fUr ihre fundierten Beitrage und die rechtzeitige Einreichung der endgiiltigen Manuskripte. Nicht zuletzt danken wir den beiden Mitherausgebern, Annett und Petko Faber, fUr ihre Miihe bei der Aufbereitung der Beitrage. Ohne ihren unermiidlichen Einsatz ware dieser Tagungsband nicht zustande gekommen.

W. Forstner J. Buhmann

Bonn, im Juni 1999

Inhaltsverzeichnis

Session 1

Knowledge Discovery in Spatial Databases (Eingeladener Vortrag) M. Ester, H.-P. Kriegel, J. Sander (University of Munich). . . . . . . . . . . . . . .. 1

Session 2: Kiinstliche Intelligenz und Mustererkennung

Collaborative M ulti- Robot Localization D. Fox, W. Burgard, H. Kruppa, S. Thrun (Carnegie Mellon University Pittsburgh, USA, University of Bonn, ETH Zurich). . . . .... . . . . . . . . .. . . . .. 15

A Hierarchical Neural Object Classifier for Subsymbolic-Symbolic Coupling H. A. Kestler, S. Simon, A. Baune, M. Hagenbuchner, F. Schwenker, G. Palm (University of Ulm, University Hospital Ulm, University of Wollongong, Australia)................................................... 27

Eine flexible Architektur fUr Fahrerassistenzsysteme U. Handmann, I. Leefken, C. Tzomakas (Universitiit Bochum) . .. . . .. . . ... 36

Postersession 1

Auswahl von Kameraaktionen zur wissensbasierten Szenenexploration U. Ahlrichs, D. Paulus, H. Niemann (Universitiit Erlangen-Niirnberg) . ... 44

Inhomogene Pseudo 2-dimensionale HMM und hierarchische Suchraumbeschrankung zur off-line FlieBschrifterkennung R.-D. Bippus, V. Margner (TU Braunschweig)............................ 52

CAD-basierte Objekterkennung fUr ein multisensorielles MeBsystem J. B5hm, C. Brenner, J. Giihring, D. Fritsch (Universitat Stuttgart). .. . .. 62

Vergleich verschiedener statistischer Modellierungsverfahren fUr die On- und Off-Line Handschrifterkennung A. Brakensiek, A. Kosmala, D. Willett, G. Rigoll (Universitiit Duisburg) .. 70

Walking Pedestrian Detection and Classification C. Curio, J. Edelbrunner, T. Kalinke, C. Tzomakas, C. BruckhofJ, T. Bergener, W. von Seelen (Universitiit Bochum) . . . . . . .. . . . . .. . . .. . . . ... 78

XII

Traffic Sign Recognition Revisited D. M. Gavrila (DaimlerChrysler Research Ulm)........................... 86

Plenoptic Modeling and Rendering from Image Sequences Taken by Hand-Held Camera B. Heigl, R. Koch, M. Pollefeys, J. Denzler, L. Van Goal (Universitiit Erlangen-Niirnberg, University of Kiel, K atholieke Universiteit Leuven, Belgium)......................................................... 94

Automatic Extraction of Deciduous Trees from High Resolution Aerial Imagery H. Mayer, W. Mayr (University of the Federal Armed Forces Munich, TU Miinchen)............................................................ 102

Nichtlineare Bayes-Restauration mittels eines verallgemeinerten GauB-Markov-Modells C. Mayntz, T. Aach (Medizinische Universitiit zu Liibeck) ................. 111

Pattern Recognition Combining Feature- and Pixel-Based Classification Within a Real World Application V. Roth, A. Pagoda, V. Steinhage, S. Schroder (Universitiit Bonn)........ 120

Bildverarbeitungsalgorithmus zur Vermessung der 3D-Kopfposition und der Blickrichtung eines Menschen A. Schubert, E. D. Dickmanns (Universitiit der Bundeswehr Miinchen) .. , 130

Session 3

Cooperative Distributed Vision: Dynamic Integration of Visual Perception, Action, and Communication (Eingeladener Vortrag) T. Matsuyama (Kyoto University, Japan). . . . .. .... ... .... . . . . .. . . . .. . . . .. 138

Session 4: Merkmalsextraktion

Region-Based Image Retrieval (Eingeladener Vortrag) J. Malik, C. Carson, S. Belongie (University of California, Berkeley, CA, USA)............................ 152

Invariante Objekterkennung mit lokaler Fast-Fourier Mellin Transformation N. Gotze, S. Driie, G. Hartmann (Universitiit-GH Paderborn) . . . . . .. . . . .. 155

Corner-Preserving Anisotropic Diffusion and Junction Detection Using the Structure Tensor K. Riedel (Universitat Ulm) . .... . . . . . .. . ... ... . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . .. 164

XIII

Session 5: Grundlagen

Parameter lose Kontursegmentierung P. Faber (Universitat Bonn)... . . . .. . . .. . . .. . . .... . .. . . .. . . . . . . . . .. . . . . . .. 172

Fast Estimation of Invariant Features S. Siggelkow, M. Schael (Universitat Freiburg) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 181

Analyse initialer Positionsschatzungen bei der Bildfolgenauswertung C. Rother, H.-H. Nagel (Universitiit Karlsruhe, Fraunhofer Institut fur Informations- und Datenverarbeitung Karlsruhe). . . .... .. . .. .. . .. . .. .. .. .. 189

Postersession 2

Monokulare Rekonstruktion unter Orthogonalitatsvoraussetzungen Ch. Brauer-Burchardt, K. Voss (Universitiit Jena).. ... .... .. .. .. . .. . . .. .. 197

Discriminative Training of Gaussian Mixtures for Image Object Recognition J. Dahmen, R. SchlUter, H. Ney (RWTH-Aachen) ........................ 205

Uncertain Neighborhood Relations of Point Sets and Fuzzy Delaunay Triangulation W. Forstner (Universitiit Bonn) . ... . . .. . . .. . . .. . .. .. .. . . .. .. .. ... .. .. .. .. 213

Intraoperative Image Correction Using a Biomechanical Model of the Human Head with Different Material Properties A. Hagemann, K. Rohr, H. S. Stiehl, U. Spetzger, J. M. Gilsbach (Universitat Hamburg, Universitatsklinik der RWTH-Aachen)... .. .. .. .. .. 223

Dominating Opponent Inhibition of On and Off Pathways for Robust Contrast Detection T. Hansen, G. BaratojJ, H. Neumann (Universitiit Ulm).................. 232

A Total Least Squares Framework for Low-Level Analysis of Dynamic Scenes and Processes H. Hauflecker, Ch. Garbe, H. Spies, B. Jahne (University of Heidelberg, University of Western Ontario, Canada) . .. .. .. 240

Schnelle Berechnung von 2D-FIR-Filteroperationen mittels FPGA-Koprozessor microEnable S. Hezel, R. Manner (Universitat Mannheim). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 250

Detektion und Bestimmung des Abstandes von Straf3enfahrzeugen in grofier Entfernung C. Knoppel, U. Regensburger, B. Michaelis (DaimlerChrysler Forschung Stuttgart, Universitat Magdeburg). . . . . . . . . . .. 258

XIV

Anwendung schneller diskreter Spektraltransformationen zur translationsinvarianten Merkmalsgewinnung v. Lohweg, D. Muller (Bielefeld, TU Chemnitz) .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... 266

Vollstandige Fehlerfortpflanzung einer Kamera- und Hand-Auge-Kalibrierung D. Schomburg, B. Krebs, F. M. Wahl (TU Braunschweig) ................ 276

3D-Vermessung der regionalen Wandverdickung des Herzmuskels in 3D-Echokardiographiesequenzen M. Schreckenberg, G. Schummers, D. Meyer-Ebrecht (RWTH-Aachen) .... 284

Session 6: Bildfolgen

Robuste Bewegungsschatzung in planaren Welten aus monokularen Bildsequenzen D. Feiden, M. Muhlich, R. Mester {Universitat Frankfurt)................ 292

Bewegung als intrinsische Geometrie von Bildfolgen E. Barth (Medizinische Universitat zu Lubeck) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 301

Differential Range Flow Estimation H. Spies, H. Hauftecker, B. Jiihne, J. L. Barron (University of Heidelberg, University of Western Ontario, Canada) .. ..... 309

Raumlich-zeitliche Berechnung des optischen Flusses mit nichtlinearen fluBabhangigen Glattheitstermen J. Weickert, Ch. Schnorr {Universitiit Mannheim) ........................ 317

Session 7: Statistische Verfahren

Stochastic Modelling: From Pattern Classification to Speech Recognition and Language Translation (Eingeladener Vortrag) H. Ney (RWTH-Aachen) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... 325

Disambiguation of Utterances by Visual Context Information S. Kronenberg, S. Wachsmuth, F. Kummert, G. Sagerer (Universitiit Bielefeld) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 338

Gesichtserkennung mit Hidden Markov Modellen S. Eickeler, S. Muller, G. Rigoll (Universitiit Duisburg). . . . . . . . . . . . . . . . . .. 348

xv

Session 8: Anwendungen

Dynamische Verkehrslageklassifikation zur automatischen Generierung von Verkehrsmeldungen C. Schnorr (DDG Gesellschaft fur Verkehrsdaten mbH, Dusseldorf) . ... '" 356

Visualisation of Conceptual Descriptions Derived from Image Sequences H. -H. Nagel, M. Haag, V. Jeyakumar, A. Mukerjee (Universitat Karlsruhe, Indian Institute of Technology, Kanpur, India).... 364

Analysis of Morphodynamical Processes with a Nautical X-Band Radar U. Wolff, J. Seemann, C. M. Senet, F. Ziemer (GKSS Research Center Geesthacht)...................................... 372

Zeitliche Analyse der Angiogenese im extraembryonalen GefaBsystem des Hiihnerembryos K. Donath, M. Wolf, J. Hoper, H. Niemann, L. PlajJwilm (FORWISS Erlangen, Universitat Erlangen, Uniklinik Tubingen). . . . . .. . .. 381

Session 9: 3D-Geometrie

Bestimmung und Korrektur radialsymmetrischer Verzeichnungen in digitalen Einzelbildern Ch. Briiuer-Burchardt, K. Voss, M. Schubert (Universitiit Jena) .. . . . . . . .. 389

Metrischer Trifokaltensor flir die Auswertung von Bildfolgen B. Steines, S. Abraham (RWTH-Aachen, Universitat Bonn) . . . . . . . . .. . . .. 397

3D-Reconstruction of Faces: Combining Stereo with Class-Based Knowledge C. Wallraven, V. Blanz, T. Vetter (Max-Planck-Institute for Biological Cybernetics Tiibingen) ............. " 405

Robust Calibration and 3D Geometric Modeling from Large Collections of Uncalibrated Images R. Koch, M. Pollefeys, L. Van Gool (University of Kiel, Katholieke Universiteit Leuven) ...................... 413

Autorenverzeichnis ................................................. 421