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Hinter den beeindruckenden Teleskopaufnahmen aus den Tiefen des Kosmos
steckt viel Arbeit und Rechenleistung. Die Rohdaten vieler Instrumente
sind so unanschaulich, dass selbst Experten ohne hoch-komplexe,
bildgebende Algorithmen kaum eine Chance haben, daraus Erkenntnisse
abzuleiten. So tasten einfache Radioteleskope beispielsweise den
Himmel ab und liefern lange Zahlenreihen. Komplexere
Radiointerferometer messen die Himmelshelligkeit zerlegt in ihre
räumlichen Schwingungsmoden. Gammastrahlungsteleskope identifizieren
Himmelsquellen durch das Muster, das durch den Schattenwurf einer
komplexen Maske vor den Detektoren erzeugt wird. Es sind ausgefeilte
Algorithmen nötig, um aus all diesen Rohdaten aussagekräftige Bilder
zu generieren. Gleiches gilt auch für medizinische Bildgebungsgeräte,
wie Computer- und Kernspintomographen.
Bisher brauchte jedes dieser Bildgebungsprobleme ein spezielles
Computerprogramm, welches an die Besonderheiten und Geometrie des
darzustellenden Messgebietes angepasst ist. Doch viele der benutzten
Konzepte sind allgemeingültiger Natur und müssten eigentlich nur
einmal programmiert werden, sofern sich der Computer selbstständig um
die geometrischen Details kümmern könnte.
Das von den Forschern in Garching entwickelte und nun veröffentlichte
Softwarepaket NIFTY macht genau dies möglich. Durch NIFTY kann ein
Algorithmus für Probleme in einer Dimension durch minimale Anpassungen
auch in zwei oder mehr Dimensionen und auch auf Kugeloberflächen
eingesetzt werden. NIFTY kümmert sich eigenständig um die korrekte
Buchhaltung aller geometrischen Größen. Damit kann Bildgebungssoftware
wiederverwertet oder auch wesentlich effizienter neu entwickelt
werden. Insbesondere dreidimensionale Anwendungen werden somit
vereinfacht, da sich viele Kinderkrankheiten eines Programms in
eindimensionalen Tests wesentlich leichter kurieren lassen als in
allen drei Dimensionen.
NIFTY (engl. für raffiniert oder elegant) steht für “Numerical
Information Field Theory”, zu Deutsch “Numerische
Informationsfeldtheorie”, und ist ein Werkzeug der
Informationsfeldtheorie. Mit diesem relativ jungen Gebiet lassen sich
optimale Formeln zur Kartographie herleiten, die die in Daten und
Vorwissen enthaltene Information komplett ausnutzten. NIFTY
vereinfacht nun die Programmierung von solchen Formeln zur Bildgebung
und Datenanalyse, egal ob sie aus der Informationsfeldtheorie oder von
woanders her stammen.
Die NIFTY-Softwareveröffentlichung wird von einer Fachpublikation
begleitet, in der die mathematischen Grundlagen anhand von Beispielen
illustriert werden (siehe Abbildungen 1 & 2). Des Weiteren stellen die
Forscher auch eine umfangreiche Internetdokumentation zur
Verfügung. Die vielseitige Anwendbarkeit von NIFTY wurde bereits in
einer früheren wissenschaftlichen Publikation über nichtlineare
Signalrekonstruktion demonstriert und wird sicherlich bei der
Entwicklung besserer und genauerer bildgebender Methoden in
Astronomie, Medizintechnik oder Erderkundung hilfreich sein.
Hintergrundinformationen:
NIFTY wurde von Marco Selig, Michael Bell, Henrik Junklewitz, Niels
Oppermann, Martin Reinecke, Carlos Pachajoa, Maksim Greiner und
Torsten Enßlin am Max-Planck-Institut für Astrophysik
entwickelt. Hauptentwickler ist Marco Selig, der momentan unter
Anleitung von Torsten Enßlin über Informationsfeldtheorie-basierte
Bildgebung für hochenergetische Photonen promoviert. NIFTY ist eine
objektorientierte Python-Bibliothek, die für numerisch aufwendige
Operationen auf extrem leistungsstarke externe Routinen in C, C++ und
Cython zurückgreift. Der Code ist unter einer GPL Open-Source-Lizenz
kostenlos und frei verfügbar. Informationsfeldtheorie ist ein
Schwerpunkt der Forschungsgruppe von Torsten Enßlin.
Referenzen:
Marco Selig, Michael R. Bell, Henrik Junklewitz, Niels Oppermann, Martin Reinecke, Maksim Greiner, Carlos Pachajoa, Torsten A. Enßlin:
NIFTY - Numerical Information Field Theory - a versatile Python library for signal inference
eingereicht bei IEEE Transactions on Signal Processing
 arXiv:1301.4499
Weitere Informationen zur Informationsfeldtheorie:
 http://www.mpa-garching.mpg.de/ift/
NIFTY Dokumentation
Kontakt:
Marco Selig
Tel. 089 30000-2298
E-mail: mselig mpa-garching.mpg.de
Torsten Enßlin
Tel. 089 30000-2243
E-mail: tensslinmpa-garching.mpg.de
Hannelore Hämmerle
Tel. 089 30000-3980
E-mail: prmpa-garching.mpg.de
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