MÜNCHEN. Die Auszeichnung gilt als eine Art deutscher Nobelpreis. Der Münchner Informatiker Daniel Cremers bekommt dieses Jahr den Leibniz-Preis. Er setzt Bilder in 3D um – die Voraussetzung für viele Anwendungen vom selbstfahrenden Auto bis zur Krebserkennung.
Foto: DFG / Ausserhofer
Als Miniaturen in 3D ausgedruckt stehen seine beiden Kinder, seine Frau und eine ganze Reihe seiner Mitarbeiter auf seinem Schreibtisch an der Technischen Universität München (TUM). Der Informatiker Daniel Cremers lässt Computer mit seinen neuartigen Rechenmethoden immer schneller Dinge in der Umwelt dreidimensional erkennen – oder eben Fotos in Sekundenschelle in 3D-Modelle umsetzen.
Cremers‘ Forschungen verbinden mathematische Grundlagenforschung mit wichtigen gesellschaftlichen Entwicklungen. Waren vor nicht einmal 200 Jahren die ersten Fotografien eine Revolution, können Roboter heute mit Kamera-«Augen» sehen und entsprechend handeln. Dies kommt etwa bei selbstfahrenden Autos zum Einsatz, bei der Gesichtserkennung für Zutrittskontrollen oder bei der Zusammenarbeit von Maschinen mit Menschen. Drohnen wiederum könnten bei Katastrophen autonom losgeschickt werden. «Wir bringen Drohnen bei, dass sie sich nach einem Unglück wie in Fukushima allein durch Räume bewegen und ihre Umwelt erfassen können, um beispielsweise Überlebende zu finden», sagt Cremers.
Am Dienstag erhält der 44-Jährige für seine richtungsweisenden Arbeiten den Leibniz-Preis. Er sei «einer der weltweit führenden Forscher in der Bildverarbeitung und Mustererkennung», teilte die Deutsche Forschungsgemeinschaft mit. TUM-Präsident Wolfgang A. Herrmann, selbst Leibniz-Preisträger von 1987, sagte: «Daniel Cremers stellt sich mit seinen brillanten Arbeiten einer zentralen Herausforderung der digitalen Welt von morgen.»
Das Preisgeld von 2,5 Millionen Euro wird der mehrfach ausgezeichnete Cremers vor allem für Mitarbeiter ausgeben. «Ich rekrutiere mit diesen Geldern herausragende Nachwuchswissenschaftler und versuche, sie für die Herausforderungen der Bildverarbeitung zu begeistern.» Einige seiner ehemaligen Mitarbeiter sind bereits Professoren.
Cremers studierte Mathematik und Physik in Heidelberg und New York. 2009 übernahm er den Lehrstuhl Informatik IX an der TUM, an dem er mittlerweile eine der stärksten Computer-Vision-Arbeitsgruppen weltweit aufgebaut hat.
Das «maschinelle Sehen» hält Einzug in immer mehr Bereiche. In der Medizin können Computer in Ultraschall-, Röntgen- oder Magnetresonanztomographie-Bildern «automatisiert» Krankheiten oder Tumore erkennen. In der Qualitätssicherung können sie Schweißnähte und Verschraubungen kontrollieren. Oder im Bergbau berechnen, wie viel Braunkohle in einem Tagebau in einer bestimmten Zeit abgebaut wird. Bewegungsabläufe können dreidimensional erfasst und in animierte Filme umgesetzt werden – oder in Lernmodelle für Sportler.
Früher war für solche Analysen ein ganzes Rechenzentrum nötig. Heute muss oft ein kleiner Chip genügen, um Bilddaten zu analysieren und Räume teils in Sekundenbruchteilen zu erfassen. Dafür entwickeln Cremers und sein Team immer bessere und schnellere Algorithmen.
Einem Roboter an einem Fließband das Erkennen von 20 Bauteilen beizubringen, sei keine große Schwierigkeit. «Das Maschinensehen funktioniert schon relativ gut, wenn ich eine kontrollierte Umgebung habe», sagt Cremers. Wenn Roboter, Drohnen oder Autos aber autonom unterwegs sein sollen, sind die Anforderungen hoch. «Die ganze Szene vor dem Auto zu verstehen, ist die Herausforderung. Wie viele Spuren sind da, welche Spuren sind belegt, welche sind frei? Gibt es da ein Hindernis?» Daran arbeite sein Team auch zusammen mit Automobilfirmen.
Der Computer muss erkennen, welches Hindernis er vor sich hat: Ein Kind, ein Hund – oder eine Mülltonne? Und das muss schnell gehen. «Ich kann nicht den Computer eine halbe Stunde rechnen lassen – dann ist das Kind tot.»
Der Computer muss unterscheiden wie ein Mensch. So gehen die Forscher auch vor: «Wir fragen uns, wie würde ich als Mensch das erkennen – und versuchen, das in der Maschine zu reproduzieren.» Farben, geometrische Formen und Bewegungsmuster spielen eine Rolle. Verkehrszeichen können an der runden Form erkannt werden. Eine rote Umrandung wiederum deutet auf ein Verbot hin, Symbole konkretisieren dies.
Manches kann der Computer besser als der Mensch: Etwa errechnen, wie viel Blut ein Herz pro Sekunde pumpt. «Dazu braucht man Computer. Sie können präzise messen und analysieren, in einer Weise, wie der Mensch es eben nicht kann.» Weiterer Vorteil: «Menschen sind manchmal müde oder schlecht drauf. Der Computer ist in seiner Leistungsfähigkeit konstant.»
ZUR PERSON: Cremers hat Mathematik und Physik in Heidelberg und New York studiert. Nach der Promotion 2002 in Mannheim arbeitete er kurzzeitig in der Industrieforschung in den USA und folgte 2005 im Alter von 34 Jahren einem Ruf an die Universität Bonn. 2009 übernahm er den Lehrstuhl für Bildverarbeitung am Institut für Informatik der TUM. Der 44-Jährige hat zwei Kinder. Von Sabine Dobel, dpa
