ICT Dissertation Award

Eine Besonderheit prägt die Preisvergabe im Jahr 2019: Es wurden erstmalig zwei erste Preise und ein dritter Preis vergeben.

Den ersten Preis teilen sich demnach Dr.-Ing. Anna-Marie Kruspe vom Fraunhofer-Institut für Digitale Medientechnologie IDMT in Ilmenau und Dr. Erion Elmasllari vom Fraunhofer-Institut für Angewandte Informationstechnik FIT in Sankt Augustin.

Anna-Marie Kruspe wurde für Ihre Arbeit »Application of Automatic Speech Recognition Technologies to Singing« ausgezeichnet. Das Gebiet des Music Information Retrieval befasst sich mit der automatischen Analyse von musikalischen Charakteristika. Ein Aspekt, der bisher kaum erforscht wurde, ist dabei der gesungene Text. In der automatischen Spracherkennung werden viele Methoden für die automatische Analyse von Sprache entwickelt, jedoch selten für Gesang. Die Arbeit von Anna-Marie Kruspe untersucht die Anwendung von Methoden aus der Spracherkennung auf Gesang und beschreibt Möglichkeiten zur Anwendung und Verbesserung von Techniken der automatischen Spracherkennung bei verschiedenen gesangsbezogenen Suchaufgaben, darunter Phonemerkennung, Spracherkennung, Schlagwortsuche, Text-zu-Gesangs-Angleichung und Liedtextsuche. Zu diesem Zweck verfolgte sie zwei allgemeine Ansätze: Zum einen arbeitet sie an besseren Phonemerkennungsmodelle, die sie als allgemeinen Engpass bei fast allen der oben genannten Abrufaufgaben identifizierte, und trainiert sie mit erweiterten Sprachaufnahmen, die »liedhafter« dargestellt werden, oder mit echten Gesangsaufnahmen mit automatisch angepassten Texten. Zum anderen passt sie die Techniken  der automatischen Spracherkennung an den Gesang an, bezieht Domänenwissen ein und passt sie an die verschiedenen Eigenschaften dieser Daten an.

Mit der Dissertation »A Framework for the Successful Design and Deployment of Electronic Triage Systems« konnte Erion Elmasllari überzeugen. Triage ist der Prozess, mit dem Notfallhelfer, insbesondere bei hohem Patientenaufkommen, die Reihenfolge und Priorität für medizinische Hilfeleistungen festlegen. Nach der Beurteilung der Schwere der Verletzungen, markieren Ersthelfer die Opfer, um eine Behandlungspriorität anzuzeigen. Am Ende des Triage-Prozesses werden Opfer entsprechend der zugewiesenen Priorität behandelt.
Die Arbeit von Erion Elmasllari identifiziert die Schlüsselfaktoren, die die Akzeptanz von e-Triage-Systemen bestimmen, und verwendet sie als Grundlage für ein Framework für die Gestaltung solcher Systeme. Das Framework kann evaluativ genutzt werden, um die Gründe zu vermitteln, warum bisherige e-Triage Systeme gescheitert sind, kann aber auch generativ verwendet werden, um Systemdesigner aktiv bei der Gestaltung von akzeptierten e-Triage-Systemen zu unterstützen. In beiden Fällen beleuchtet das Framework die Bedürfnisse, Grenzen, Risiken und Fragestellungen der e-Triage-Systeme innerhalb des übergreifenden Triage-Ökosystems.

Der dritte Preis wurde an Dr. Naser Damer vom Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD in Darmstadt für die Doktorarbeit mit dem Titel »Application-driven Advances in Multi-biometric Fusion« verliehen. Biometrie ist die automatisierte Erkennung von Individuen auf Grundlage ihres Verhaltens oder ihrer biologischen Eigenschaften. Typische Anwendungen sind die Fingerabdruck- oder Gesichtsbilderkennung, um Zugriff auf IT-Systeme oder Zutritt zu Räumen zu erlangen. Der große Vorteil der Biometrie besteht darin, dass sich der Benutzer kein Passwort merken oder einen Schlüssel mitführen muss. Um ein möglichst sicheres System zu schaffen, werden zahlreiche Ansätze vorgeschlagen, die ein Gleichgewicht zwischen zum Beispiel Sicherheit, Genauigkeit und Benutzerfreundlichkeit suchen. Ein relativ neuer und vielversprechender Ansatz ist die multibiometrische Fusion. Hier werden mehrere biometrische Merkmale verwendet, um einen bestimmten Benutzer zu identifizieren. Die Arbeit von Naser Damer konzentriert sich auf solche multibiometrischen Fusionssysteme mit dem Ziel, die Gesamtleistung und Funktionalität zu verbessern. Mit der Optimierung des Fusionsprozesses erreichen seine Ansätze durch die Verwendung von Zusatzinformationen einer höhere biometrischen Genauigkeit. Darüber hinaus stellt er spezifische Anwendungen vor, die biometrische Systeme ergänzen und die multibiometrische Fusion nutzen, um die Leistungsfähigkeit zu steigern.

Auch in diesem Jahr kann das Fraunhofer-Institut für Sichere Informationstechnologie SIT den ersten Platz bei den Fraunhofer ICT Dissertation Awards belegen. Dr. Steven Arzt konnte mit seiner Arbeit zum Thema »Static Data Flow Analysis for Android Applications (Statische Datenflussanalyse für Android-Anwendungen)« auf ganzer Linie überzeugen. Darin präsentiert er das FlowDroid-Werkzeug, das präzise und weitestgehend vollständige Datenflüsse aus populären Apps wie Facebook, PayPal und LinkedIn extrahiert. Die Ergebnisberichte von FlowDroid verbessern die digitale Souveränität des Benutzers, da dieser sich nun selbst ein Bild davon machen kann, wie eine App mit seinen Daten umgeht, bevor er die App auf seinem Gerät installiert und ihr somit seine Daten anvertraut. Mit FlowDroid kann der Benutzer nachvollziehen, welche Daten von seinem Gerät erhoben und an Dritte gesendet werden.

In seiner Arbeit »Umsetzung des datenschutzrechtlichen Auskunftsanspruchs auf Grundlage von Usage-Control und Data-Provenance-Technologien« unterzieht Dr. Philipp Christoph Sebastian Bier das Recht auf Auskunft im Datenschutzrecht einer kritischen Würdigung und schafft umfassende technische Voraussetzungen für die Wahrnehmung dieses Rechts auf Auskunft. So entwirft und implementiert er ein verteiltes, datenzentriertes, integriertes und betroffenenfokussiertes Datenschutzauskunftssystem, mit dem das Auskunftsrecht interaktiv und schrittweise wahrgenommen werden kann. Das erfordert auf der einen Seite eine tiefgehende juristische Aufbereitung der Problemstellung und auf der anderen Seite eine ebenso tiefgehende informatische Durchdringung. Nur so kann es am Ende zu einer Lösung kommen, die sowohl wissenschaftlich/technisch State-of-the-Art ist, aber gleichzeitig auch höchsten juristischen Anforderungen standhält. Eine solche Lösung ist Herrn Dr. Bier sehr gut gelungen. Diese Arbeit aus dem Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB war der Jury den zweiten Preis wert.

Den dritten Preis erzielte in diesem Jahr das Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM mit der Arbeit von Dr. Sebastian Osterroth zum Thema »Mathematical models for the simulation of combined depth and cake filtration processes (Mathematische Modelle zur Simulation kombinierter Tiefen- und Kuchenfiltrationsprozesse)«. Darin beschreibt Herr Dr. Osterroth die Modellierung von Filtrationsvorgängen. Dabei lagern sich aus der durch den Filter fließenden Substanz Feststoffe unterschiedlicher Partikelgröße an, die einerseits den Filtrationsprozess verbessern, andererseits aber den Strömungswiderstand erhöhen. Der dadurch verursachte Druckverlust bestimmt im Wesentlichen den Energiebedarf für den Filtrationsvorgang. In der Dissertation wird eine Kombination von Tiefenfiltration (Deep-Bed Filtration) und Kuchenfiltration (Cake Filtration) betrachtet. Bei der Tiefenfiltration geschieht die Abscheidung von Partikeln im angeströmten Filtermedium. Die Partikelabtrennung erfolgt allein durch die in der Strömung angebrachte Filtermembran. Bei der Kuchenfiltration ist es hingegen erwünscht, dass die Filtration durch den sich aufgrund der Ablagerung sich bildenden Filterkuchen verbessert wird. Herr Dr. Osterroth entwickelte ein neues mathematisches Modell für den gekoppelten Prozess, das aus einem nichtlinearen System partieller und gewöhnlicher Differentialgleichungen besteht.

Am Abend des 26. September 2017 wurden die diesjährigen Preisträger des Fraunhofer ICT Dissertation Awards in Chemnitz gekürt. Die Verleihung fand traditionell im Rahmen der Jahrestagung der Gesellschaft für Informatik statt.

In der dritten Auflage des mit insgesamt 10 000 EUR dotierten Awards gewann Dr. Siegfried Rasthofer vom Fraunhofer SIT in Darmstadt mit seiner Arbeit »Improving Mobile-Malware Investigations with Static and Dynamic Code Analysis Techniques« den ersten Preis.
In seiner Arbeit entwickelte er einen Ansatz zur Analyse von Android-Software auf schädliche Inhalte. Insbesondere können mit dieser Lösung Apps von Drittherstellern auf schädliche Inhalte geprüft werden, auch dann, wenn kein Quellcode vorliegt. Schadcode lässt sich selbst dann erkennen, wenn die Entwickler versuchen, diese Erkennung zu umgehen. Aus den Ergebnissen der Dissertation ist am Fraunhofer SIT das Produkt »CodeInspect« entstanden, welches von diversen Herstellern zur Schadcodeerkennung lizenziert wurde.

Den zweiten Preis erhielt Dr. Federico von Samson-Himmelstjerna für seine Arbeit »Robust and time-efficient determination of perfusion parameters using time-encoded arterial spin labeling MRI«, die er am Fraunhofer MEVIS in Bremen verfasste. Dahinter verbirgt sich ein medizinisches Verfahren zur Messung des Blutflusses mit Hilfe von Magnetresonanztomografie. Das Besondere dabei ist, dass dem Patienten für diese Messung kein Kontrastmittel verabreicht werden muss. Mit dem Verfahren können Diagnostik und Verlaufskontrolle von Krankheiten wie Schlaganfall, multiple Sklerose, Alzheimer, Parkinson oder Krebserkrankungen des Gehirns effizient unterstützt werden.

Mit einer nicht ganz alltäglichen Anwendung von Bildauswertungs- und Gesichtserkennungstechnologien beschäftigte sich Dr. Alexander Loos vom Fraunhofer IDMT in Ilmenau in seiner Doktorarbeit »Face Recognition for Great Apes: Identification of Primates in Real-World Environments«, für die er den dritten Preis des Fraunhofer ICT Dissertation Awards erhielt. Sein Verfahren stellt das weltweit erste echtzeitfähige System zur individuellen Erkennung von Menschenaffen in Bildern und Videos dar, das auch unter schwierigen Freifeldbedingungen zuverlässig funktioniert. Eingesetzt wird es in der Wildtierforschung, um Schutzmaßnahmen für die vom Aussterben bedrohten Menschenaffen zu evaluieren. Das Verfahren eignet sich ebenso für den Einsatz in Zoos und Wildlife-Parks, um den Besuchern ein interaktiveres Erlebnis zu bieten.

Der Fraunhofer ICT Dissertation Award wird jährlich an Forscher der Mitgliedsinstitute für herausragende wissenschaftliche Promotionen in der angewandten Forschung für Informations- und Kommunikationstechnologie verliehen.