Erfolgreiche Hollywoodfilme dank ausgezeichneten Verfahrens zur Videoanalyse

„Matrix Reloaded“ und „What Dreams May Come“ sind Filme mit faszinierenden visuellen Effekten – letzterer erhielt 1998 sogar den Oscar in dieser Kategorie. Hinter diesen Effekten steckt eine Software aus dem Jahr 1993, die heute weitverbreitet in Wissenschaft und Wirtschaft verwendet wird.

Für diese Software zum „optischen Fluss“ ist Dr. Michael J. Black, Geschäftsführender Direktor des Max-Planck-Instituts für Intelligente Systeme, jetzt mit dem ICCV Helmholtz Preis ausgezeichnet worden. Die Software hat eine wichtige Grundlage gelegt für ein heute noch aktives Forschungsgebiet.

„Wenn wir gehen oder fahren oder einfach unsere Köpfe bewegen, verändert sich unsere Sicht auf die Welt. Selbst wenn wir uns ausruhen, steht die Welt um uns herum nicht still; Objekte fallen, Bäume schaukeln und Kinder rennen. Bewegungen dieser Art und unser Verständnis davon scheinen so einfach bzw. geradeheraus, dass wir sie oft für selbstverständlich halten. Tatsächlich ist diese Fähigkeit, eine sich verändernde Welt zu verstehen, der Schlüssel zum Überleben. Ohne diese würde es keine Kontinuität in unserer Wahrnehmung geben“, so umreißt es M. J. Black in seiner Doktorarbeit 1992.

In der Bilderkennung beschreibt eine spezielle Funktion (ein sog. Vektorfeld) die Bewegungsrichtung und –geschwindigkeit für jeden Bildpunkt einer Bildsequenz. Diese Funktion wird in der Bildverarbeitung und in der optischen Messtechnik als Optischer Fluss (englisch: optical flow) bezeichnet. Der Optische Fluss bzw. die Mathematik hinter der Spur eines jeden Bildpunkts in einem bewegten Bild ist heute von zentraler Bedeutung für Videokompression und –übertragung, Animation sowie Unschärfe-Optimierung und Schmutzentfernung. Er bildet die Grundlage der visuellen Effekte wie sie beispielsweise in Kinofilmen zum Einsatz kommen.

Leider ist der Optische Fluss eine Größe, die aus den Bilddaten direkt nicht eindeutig berechnet werden kann, sondern die man mit aufwändigen Verfahren schätzen muss. Vor der Veröffentlichung des von Michael Black entwickelten Verfahrens im Jahr 1993 war es schwierig, den optischen Fluss akkurat zu bestimmen.

Mit dieser Software gelang der Durchbruch. Black und sein Co-Autor zeigten, dass Probleme meist von statistischen Ausreißern hervorgerufen wurden. Zudem konnten sie mit ihrer Software die Schätzung des Optischen Flusses erstmals formalisieren, indem sie robuste, d.h. nicht empfindlich auf Ausreißer reagierende, Statistiken verwendeten. Dieses Verfahren ist heutzutage Standard im Bereich der Bilderkennung und -verarbeitung.

Die ICCV (International Conference for Computer Vision) ist die Internationale Konferenz für Maschinelles Sehen. Sie findet alle zwei Jahre statt und gilt als Spitzenkonferenz der Bildverarbeitung. Vom 1. Bis 8. Dezember 2013 tagt die ICCV in Sydney, Australien (2015 – Santiago de Chile). In den Jahren dazwischen bietet die Europäische Konferenz für Computervision (ECCV) ein vergleichbar führendes Forum für diesen Forschungsbereich (2012 – Florenz, 2014 – Zürich).