Cílem studijního programu je poskytnout vynikajícím absolventům magisterského studia specializované univerzitní vzdělání nejvyššího typu ve vybraných oblastech informatiky, vypočetní techniky a informačních technologií. Toto vzdělání zahrnuje také průpravu a atestaci k vědecké práci.

• Absolvent doktorského studia je schopen samostatné vědecké, výzkumné a řídicí práce v oblasti informatiky, výpočetní techniky a informačních technologií. Je připraven řešit náročné koncepční, výzkumné a vývojové problémy. V praxi je schopen samostatně vést výzkum, vývoj a výrobu v oblasti moderních informačních technologií.
  
• Nachází uplatnění jako tvůrčí pracovník na špičkových vědeckovýzkumných pracovištích, jako vedoucí výzkumných a vývojových týmů a též ve vědecké a pedagogické práci na vysokých školách. Absolventi tohoto programu se mohou také uplatnit při obsazování vyšších funkčních pozic v některých větších institucích a firmách, kde je vyžadována schopnost samostatně tvořivě pracovat, analyzovat složité problémy a navrhovat a realizovat nová, originální řešení.

prof. RNDr. Milan Češka, CSc.

1. Algoritmy zpracování obrazu a videa

   Téma je zaměřeno na algoritmy zpracování obrazu a videa. Hlavním cílem je zkoumat algoritmy tak, aby bylo lépe rozumět jejich vlastnostem a možnostem, algoritmy do hloubky analyzovat, zlepšovat/připravovat nové a efektivně je implementovat například v CPU, v CPU s akcelerací SSE instrukcemi, v embedded systémech, v embedded systémech s FPGA, Intel Xeon PHI, případně v jiných kombinacích systémů. Předpokládá se práce v jazyce C, C++, C#, assembleru, CUDA, OpenCl, případně VHDL. Možné algoritmy zahrnují:

   • rozpoznávání obsahu scény, dějů a obecně sémantiky videosekvencí,
   • klasifikace videosekvencí prostřednictvím například hlubokých konvolučních neuronových sítí nebo, space-time příznaků,
   • sledování objektů (tracking) ve videu moderními metodami (například TLD, particle tracking apod.),
   • měření podobnosti videa a jeho obsahu, například prostřednictvím vzájemné informace, analýzy sémantiky a podobných přístupů,
   • nové algoritmy zpracování videa a vhodné například pro mobilní techniku a/nebo embedded systémy,
   • algoritmy komprese videa a analýzy prostřednictvím frekvenční či vlnkové a transformace, nebo obdobnými postupy...

   Po dohodě je možné zpracovávat i individuálně vybrané algoritmy, které ve výše uvedeném seznamu nejsou, ale patří do dané tématiky.

   Je možnost spolupráce i na grantových projektech, zejména na nově podávaných projektech bezpečnostního výzkumu, H2020, ARTEMIS (potenciálně možnost stipendia či pracovního poměru).

   Školitel: Zemčík Pavel, prof. Dr. Ing., dr. h. c.

2. Analýza výskytu a pohybu postav ve videu
   • Výzkum a vývoj algoritmů počítačového vidění.
   • Zaměření na video z dohledových kamer v interiérech a exteriérech.
   • Výzkum algoritmů s minimálním (žádným) uživatelským vstupem.
   • Implementace experimentálních prototypů.
   • Návrh a vývoj aplikačních demonstrátorů.

   Školitel: Herout Adam, prof. Ing., Ph.D.

3. Detekce a re-identifikace objektů v obraze a videu
   • Všesměrná detekce objektů v reálném čase
   • Re-identifikace detekovaných objektů, například v záběrech z různých kamer nebo v různém čase
   • Zaměření na stacionární dohledové kamery
   • Zaměření na zpracování dopravních scén

   Školitel: Herout Adam, prof. Ing., Ph.D.

4. Generační část rekonfigurovatelného překladače

   Jak asi víte, překladač se skládá z jazykově závislé analytické části(front-end), která produkuje zkontrolovanou vnitřní reprezentaci programu a následné generační části (back-end) generující výsledný objektový kód nebo jazyk assembleru.
   
   Metodika pro front-end je již z praktického hlediska léta vyřešena a učí se na úrovni bakalářského studia. Jsou k dispozici generátory analytické části překladu založené většinou LALR gramatikách, které bezkontextovou část analýzy vygenerují a kontextovou část je dle známé metodiky snadné vytvořit.
   Pro některé oblasti se navíc používá pouze jazyk C/C++, jehož front-end je volně dostupný. Při vhodně zvolené vnitřní reprezentaci je pak generátor front-endu závislý pouze na vstupním jazyce. Vhodné vnitřní reprezentace existují, např. definičním jazykem pro generátor je nejčastěji atributovaná bezkontextová gramatika.
   
   Skutečné současné praktické problémy leží v back-endu. Množství procesorových architektur je vysoké a navíc stále narůstá v souvislosti s mobily i jinými vestavěnými systémy, požadavky Internet of Things, lékařských zařízení, automobilů apod. Důvodem je kolize používání dostupných obecných procesorů s vyvinutými překladači a současně velkou spotřebou, které si uvedená zařízení nemohou dovolit z důvodů spotřeby, případně i ceny licencí. Počet a různorodost architektur procesorů tedy rychle narůstá. Bylo by vhodné mít k dispozici podobný generační prostředek jako má front-end i pro generování back-endu. Tím se velmi zeefektivní přenos aplikací zapsaných nejčastěji v jazyce C na nové processory. Je to poměrně nová oblast, která se v osnovách vysokých škol neučí (ani na FITu).
   
   Musíme mít:
   
   * vnitřní reprezentaci programů jako vstup překladu
   * jazyk pro definici procesoru jako vstup generátoru
   * vhodný modifikovatelný (rekonfigurovatelný) back-end
   
   Jde tedy o to vygenerovat rychlý a efektivní překladač (postačující bude překladač jazyka C) pro různé architektury popsané definičním jazykem.
   
   Na co lze navázat:
   
   V rámci výzkumu skupiny Lissom vznikl rekonfigurovatelný překladač jazyka C, který je nyní součástí Codasip Studia firmy Codasip. Jsou tedy k dispozici zkušenosti s tímto výzkumem. Je jisté, že jde o výzkum na světové úrovni, který je prakticky žádán a není vyřešen (zkušenosti s provozem COdasip Studia). Jsou k dispozici definiční jazyky, mezijazyk i rekonfigurovatelný překladač jayzka C. Je k dispozici funkční generátor, avšak není jisté, zda je efektivní pro dostatečnou škálu architektur.
   
   Cílem práce je kritické zhodnocení současného stavu výzkumu i metod a návrh efektivní metodiky generování a generátoru.
   
   Možné konkrétnější zaměření:
   
   Vývoj optimalizovaného přenositelného rekonfigurovatelného překladače jazyka C/C++ pro VLIW procesorové architektury. Rekonfigurace bude probíhat na základě modelu VLIW procesoru v jazyka CodAL.
   
   Více informací ústně.
   
   Přehled možného zapojení do placených činností
   -základní stipendium doktorského studijního programu
   -odměny za řešení grantových projektů
   -národních
   -evropských
   -pracovní úvazek u smluvního partnera
   -souvisí s možností získání praxe
   Kontakty a informace Prof. Ing. Tomáš Hruška, CSc. - hruska@fit.vutbr.cz

   Školitel: Hruška Tomáš, prof. Ing., CSc.

5. Měření vizuální kvality obrazu a videa

   Projekt se zabývá metrikami pro odhad vizuální kvality obrazu a videa. Cílem práce je výzkum nových metod, které by odstranily některé nedostatky existujících metrik zejména s ohledem na vlastnosti vizuálního vnímání člověka. V úvahu přicházejí např. problémy z oblasti vjemu HDR obrazu a využití přídavných informací (metadata, 3D, atd.) o testovaných scénách.
   
   

   • Bližší informace: http://cadik.posvete.cz/iqm/
   • Kontakt: http://cadik.posvete.cz/
   • Možnost spolupráce a stáže se špičkovými laboratořemi (MPII Saarbrücken, Německo, Disney Research Curych, Švýcarsko)
   
   

   Školitel: Čadík Martin, doc. Ing., Ph.D.

6. Nástroje a techniky pro statistický výzkum na bázi Q-sorting
   • Studium a návrh pokročilých webových uživatelských rozhraní.
   • Validace, optimalizace a uživatelské testování webových uživatelských rozhraní.
   • Statistické zpracování dat získaných na lidských respondentech / uživatelích.
   • Návrh, vývoj a nasazení prakticky použitelného webového systému / uživatelského rozhraní.

   Školitel: Herout Adam, prof. Ing., Ph.D.

7. Optimalizace syntaxe

   MAQK je proprietární analytický dotazovací jazyk vyvinutý firmou GoodData. V analytických projektech se často nacházejí podobné metriky, či reporty vytvořené různými lidmi, nebo i dokonce jedním člověkem v dlouhém časovém rozpětí. Cíle je vytvořit heuristiky na detekci podobností a nabídnout uživateli existující metriku/report místo vytváření nové. Toto může pochopitelně vést na vytváření složitých výrazů pro metriky a jejich zjednodušování a detekci podobností, apod.
   

   • Studujte formální zpracování jazyků a jazyk MAQL
   • Navrhněte možnosti detekce sémanticky ekvivalentních, či podobných výrazů pro metriky a reporty zapsané v jazyku MAQL
   • Jako další možnost zvolte i případnou podobnost na úrovni syntaxe jazyka
   • Implementujte postupy navržené v předchozích krocích
   • Vyhodnoťte výkonnost a případná omezení
   Vhodné základní publikace:
   
   • 2005 Meduna Automata and Languages: Theory and Applications. London: Springer Verlag, 2005. ISBN 1852330740.
   • 1986 Aho, Sethi, Ullman, Compilers: Principles, Techniques, and Tools , AddisonWesley, 1986. ISBN 0201100886
   Pozn.: Toto zadání bylo vytvořeno na základě spolupráce s firmou GoodData. A tedy z toho plynou další možnosti.
   
   
   

   Školitel: Kolář Dušan, doc. Dr. Ing.

8. Pokročilé algoritmy počítačové grafiky

   Téma je zaměřeno na algoritmy počítačové grafiky a obecně syntézy obrazu. Hlavním cílem je zkoumat algoritmy počítačové grafiky, související datové struktury, související otázky zpracování signálu a/nebo obrazu i související otázky získávání a zpracování 3D modelů tak, aby bylo lépe rozumět jejich vlastnostem a možnostem, algoritmy do hloubky analyzovat, zlepšovat a připravovat nové. Předpokládá se práce v jazyce C, C++, C#, assembleru, případě i jiných jazycích nebo i paralelních CPU jádrech x86/64, ARM, Xeon PHI, GPU apod. v OpenCL, CUDA, v FPGA ve VHDL, případně i jinak. Možné algoritmy zahrnují:

   • zobrazování pomocí vybraných grafických metod (ray tracing, photon mapping, přímé zobrazování "point cloud" apod.),
   • rekonstrukce 3D scény z obrazů a/nebo videa, případně fúzí s jinými senzory, jako je například LIDAR,
   • nové algoritmy grafiky a  syntézy obrazu vhodné pro mobilní techniku nebo embedded systémy,
   • moderní algoritmy geometrie vhodné pro aplikaci v oblasti počítačové grafiky, případně i 3D tisku, 
   • metody zpracování videa sve formě "cartoon", s falešnými barvami případně se simulací malířských/uměleckých technik.
   • nastupující algoritmy syntézy 3D obrazu, holografie, aplikace algoritmů vlnkové, frekvenční a/nebo obdobné transformace.

   Po dohodě je možné zpracovávat i individuálně vybrané algoritmy, které ve výše uvedeném seznamu nejsou, ale patří do dané tématiky.

   Je možnost spolupráce i na grantových projektech, zejména na nově podávaných projektech bezpečnostního výzkumu, H2020, ARTEMIS (potenciálně možnost stipendia či pracovního poměru).

   Školitel: Zemčík Pavel, prof. Dr. Ing., dr. h. c.

9. Pokročilé metody výpočetní fotografie

   Projekt se zabývá pokročilými metodami výpočetní fotografie. Cílem práce je výzkum nových metod pro výpočetní fotografii, což zahrnuje zejména softwarové řešení, které může být případně dále kombinováno s novou optikou a dalším hardware. Mezi oblasti výzkumu patří zpracování HDR obrazu a videa, převod barevného obrazu na černobílý, spektrální obraz, atd.
   
   

   • Bližší informace: http://cadik.posvete.cz/tmo/
   • Kontakt: http://cadik.posvete.cz/
   • Možnost spolupráce a stáže se špičkovými laboratořemi (MPII Saarbrücken, Německo, Disney Research Curych, Švýcarsko, INRIA Bordeaux, Francie)
   
   

   Školitel: Čadík Martin, doc. Ing., Ph.D.

10. Problematika spolehlivosti operačních systémů a aplikací jimi řízených

    Na současné operační systémy (OS) jsou kladeny stále větší nároky nejen z hlediska flexibility a efektivity jejich běhu na moderních výpočetních platformách, ale také z hlediska spolehlivosti činnosti jejich jader a služeb, které poskytují aplikační vrstvě. Cílem řešení tématu je zejména:

    • analyzovat současný stav v oblasti spolehlivosti jader OS a služeb OS,
    • identifikovat (z pohledu spolehlivosti) negativní vlivy a jejich dopad na spolehlivost aplikační vrstvy,
    • navrhnout řešení vedoucí ke zvýšení spolehlivosti jader a služeb OS,
    • vyhodnotit vliv navrženého řešení na spolehlivost jader/služeb OS a činnosti aplikační vrstvy.

    Téma je možno orientovat různými směry, např. do oblasti nízkopříkonových aplikací/OS či aplikací/OS určených k běhu na vestavných platformách či na více jádrech. Z hlediska operačních systémů je možno stavět na škále "konvenčních" OS typu Unix, Linux, Android, Windows, iOS či specializovaných OS typu QNX, uC/OS-I(II, III), FreeRTOS, MQX apod.

    Školitel: Strnadel Josef, Ing., Ph.D.

11. Profilem řízené optimalizace v překladači

    Jak asi víte, překladač se skládá z jazykově závislé analytické části (front-end), která produkuje zkontrolovanou vnitřní reprezentaci programu a následné generační části (back-end) generující výsledný objektový kód nebo jazyk assembleru.
    
    Metodika pro front-end je již z praktického hlediska léta vyřešena a učí se na úrovni bakalářského studia. Jsou k dispozici generátory analytické části překladu založené většinou LALR gramatikách, které bezkontextovou část analýzy vygenerují a kontextovou část je dle známé metodiky snadné vytvořit.
    Pro některé oblasti se navíc používá pouze jazyk C/C++, jehož front-end je volně dostupný. Při vhodně zvolené vnitřní reprezentaci je pak generátor front-endu závislý pouze na vstupním jazyce. Vhodné vnitřní reprezentace existují, např. definičním jazykem pro generátor je nejčastěji atributovaná bezkontextová gramatika.
    
    Skutečné současné praktické problémy leží v back-endu. Množství procesorových architektur je vysoké a navíc stále narůstá v souvislosti s mobily i jinými vestavěnými systémy, požadavky Internet of Things, lékařských zařízení, automobilů apod. Důvodem je kolize používání dostupných obecných procesorů s vyvinutými překladači a současně velkou spotřebou, které si uvedená zařízení nemohou dovolit z důvodů spotřeby, případně i ceny licencí.
    Je to poměrně nová oblast, která se v osnovách vysokých škol neučí (ani na FITu).
    
    V back-endu probíhá během překladu statická analýza, která umožňuje na základě informací dostupných během překladu generovat v daný okamžik optimální kód. To však u některých architektur nemusí stačit. Zejména v případech, kdy počet aplikačních programů je omezen (častý případ u mnoha procesorů) je třeba pro analýzu překladu užít i data získaná po spuštění programu (profil).
    
    Cílem práce je výzkum a vývoj profilem řízených optimalizací v překladači  jazyků C a C++. Statické analýzy v překladačích nejsou schopné dodat optimalizačním modulům dostatečně přesnou informaci o programu a právě využití profilu umožňuje značně vylepšit kvalitu generovaného kódu.
    
    Na co lze navázat:
    
    V rámci výzkumu skupiny Lissom vznikl rekonfigurovatelný překladač jazyka C, který je nyní součástí Codasip Studia firmy Codasip. Jsou tedy k dispozici zkušenosti s tímto výzkumem. Je jisté, že jde o výzkum na světové úrovni, který je prakticky žádán a není vyřešen (zkušenosti s provozem Codasip Studia). Jsou k dispozici definiční jazyky, mezijazyk i rekonfigurovatelný překladač jayzka C. Je k dispozici funkční generátor, avšak není jisté, zda je efektivní pro dostatečnou škálu architektur.
    
    Více informací po osobní schůzce.
    Kontakty a informace
    -Prof. Ing. Tomáš Hruška, CSc. - hruska@fit.vutbr.cz
    
    Přehled možného zapojení do placených činností
    -základní stipendium doktorského studijního programu
    -odměny za řešení grantových projektů
    -národních
    -evropských
    -pracovní úvazek u smluvního partnera
    -souvisí s možností získání praxe

    Školitel: Hruška Tomáš, prof. Ing., CSc.

12. Rozpoznání a sledování lidské postavy ve videu
    • Studium a výzkum algoritmů počítačového vidění.
    • Zaměření na detekci, rozpoznání a stanovení pózy lidské postavy.
    • Sledování částí lidské postavy v čase, využití temporální koherence.
    • Návrh a implementace algoritmů pracujících v reálném čase.

    Školitel: Herout Adam, prof. Ing., Ph.D.

13. Rozšířená realita na mobilních zařízeních

    Cílem práce je vyhledávat a vytvářet algoritmy, které umožní v reálném čase provozovat rozšířenou realitu na mobilních (ultramobilních) zařízeních. Jedná se především o algoritmy určení/sledování pozice mobilního zařízení v prostoru pomocí počítačového vidění a využitím vestavěných senzorů mobilního zařízení. Dále se práce zaměří na algoritmy zobrazování virtuálních prvků do reálné scény a na aplikace rozšířené reality na mobilním zařízení.
    

    Školitel: Herout Adam, prof. Ing., Ph.D.

14. Vizuální lokalizace v interiéru

    Projekt se zabývá lokalizací kamery v interiéru pomocí metod počítačového vidění a počítačové grafiky. Cílem je zkoumat metody pro registraci obrazu do 3D modelu scény, které by následně vedly k návrhu a vývoji lokalizačních systémů. Takové systémy by umožňovaly např. navigaci v budovách pouze s pomocí kamery.
    
    

    • Bližší informace: http://cadik.posvete.cz/locate/
    • Kontakt: http://cadik.posvete.cz/
    • Možnost spolupráce a stáže se špičkovými laboratořemi (MPII Saarbrücken, Německo, Disney Research Curych, Švýcarsko, INRIA Bordeaux, Francie)
    
    

    Školitel: Čadík Martin, doc. Ing., Ph.D.