• Volba rektora
  • Události
  • Sem patřím
  • Centrum sportovních aktivit VUT v Brně
  • Výzkumná centra

  • Pravděpodobně máte vypnutý JavaScript. Některé funkce portálu nebudou funkční.

Detail oboru

Výpočetní technika a informatika


Zkratka: DVI4
Zaměření: -
Délka studia: -
Program: Výpočetní technika a informatika
Fakulta: Fakulta informačních technologií
Akademický rok: 2017/2018
Akreditace od: 30.6.2007
Akreditace do: 31.12.2020
Profil oboru:
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.
Klíčové výsledky učení:

  • 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.
Profesní profil absolventů s příklady:
Není specifikováno.
Garant oboru: prof. RNDr. Milan Češka, CSc.
Vypsaná témata doktorského studijního programu:
  1. Akcelerace ultrazvukových simulací v kostech

    Simulace šíření ultrazvuku v lidských tkáních hraje zásadní roli v při plánování neinvazních operačních zákroků pomocí vysoce fokusovaného ultrazvuku i při detailním snímkování lidských tkání. Současné simulační techniky dokáží poměrně věrně simulovat šíření ultrazvuku v měkký tkáních (játra, ledviny, svaly) ale naprosto selhávají při iteraci s pevnými látkami, např. kostmi.

    Existují dva zásadní faktory limitující přesnost simulací v kostech: (1) nedokonalý fyzikální model (2) výpočetní náročnost. Zatímco na poli fyzikálních modelů bylo dosaženo velkého pokroku, výpočetní náročnost je stále omezujícím faktorem limitující velikost zkoumané domény na několik krychlových milimetrů.

    Cílem disertační práce je navrhnout nové techniky pro distribuovaný výpočet simulačního modelu na heterogenních systémech. Tyto techniky otestovat na superpočítačích s výkonem v řádu PetaFlops a dosáhnout škálování, které umožní řešit problémy s velikostí stovek centimetrů krychlových.

    Školitel: Jaroš Jiří, Ing., Ph.D.
  2. Algoritmy pokročilého 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, SCSEL (potenciálně možnost stipendia či pracovního poměru).

    Školitel: Zemčík Pavel, prof. Dr. Ing.
  3. Analýza bezpečnosti anonymizačních sítí

    Tématicky se tato disertační práce orientuje na bezpečnost různých systémů, které mají zajistit anonymitu nebo pseudonymitu uživatelů internetu (například sítí typu TOR). Práce by měla obsahovat:

    • Prostudování teorie anonymizačních systémů, jejich vlastností a možností provedení útoků.
    • Odzkoušení základních typů útoků.
    • Navržení nového způsobu ochrany.
    • Experimenty, zhodnocení výsledků a návrh směru dalšího výzkumu.

    Očekává se účast na relevantních mezinárodních konferencích a publikování v odborných či vědeckých časopisech.

    Školitel: Hanáček Petr, doc. Dr. Ing.
  4. Analýza číslicového systému - identifikace bodů ovlivňujících spolehlivost

    Při budování systémů odolných proti poruchám se zvyšují požadavky na plochu, na niž bude systém  implementován. Zároveň se zvýší příkon (naroste objem elektroniky) a zhorší se dynamické parametry (do cesty datům se v některých metodách vkládají další komponenty). Zároveň platí, že vybavení některých komponent prostředky pro zvýšení spolehlivosti představuje vyšší / nižší příspěvek pro celkovou spolehlivost analyzované komponenty.

    Téma disertace je definováno takto:

    • Vytvořit metodiku, která na základě analýzy číslicového systému nalezne body, jejichž zvýšení odolnosti proti poruchám má výrazný význam pro celkovou spolehlivost.
    • Navrhnout metody pro zvýšení odolnosti proti poruchám, které budou v metodice použity.  
    • Definovat kriteria pro využití konkrétních metod zvýšení spolehlivosti.  
    • Vytvořit metodiku pro ohodnocení takových zásahů.
    • Vytvořit metodiku pro vyhodnocení spolehlivosti při různých alternativách řešení tohoto problému.

    Půjde tedy jednak o analýzu vlastností komponent, intenzity jejich využívání v číslicovém systému a analýzu architektury analyzovaného systému.  

    Po vytvoření metodiky a její implementaci bude mít výzkumná činnost i charakter experimentální práce. Experimenty budou realizovány na platformách hradlových polí od různých výrobců a na konkrétních architekturách.  

    Tým zaměstnanců a doktorandů na ÚPSY dlouhodobě pracuje v oblasti návrhu systémů odolných proti poruchám.

    Školitel: Kotásek Zdeněk, doc. Ing., CSc.
  5. Analýza útoků na bezdrátové sítě

    Tématicky se tato disertační práce orientuje na bezpečnost bezdrátových lokálních sítí. V rámci řešení by mělo dojít k seznámení se s vybranými bezdrátovými sítěmi a jejich zabezpečením. Kroky práce by měly obsahovat:

    • Prostudování teorie bezdrátových sítí, jejich vlastností a možností provedení útoků.
    • Odzkoušení základních typů útoků.
    • Navržení nového způsobu ochrany.
    • Experimenty, zhodnocení výsledků a návrh směru dalšího výzkumu.

    Očekává se účast na relevantních mezinárodních konferencích a publikování v odborných či vědeckých časopisech.

    Školitel: Hanáček Petr, doc. Dr. Ing.
  6. 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.
  7. Aproximace výpočtu řízená požadavkem na kvalitu výstupu

    V mnoha aplikacích je možné akceptovat malou odchylku od korektní hodnoty na výstupu, pokud dosáhneme významného vylepšení plochy, výkonnosti nebo energetické účinnosti. Požadavek na kvalitu výstupu nemusí být zadán pevně, ale může se měnit v průběhu výpočtu v závislosti na prostředí, uživateli, dostupné energii apod., což je typické pro zpracování obrazu, videa a další multimediální aplikace Tento přístup je rozvíjen v oblasti nazývané aproximativní počítání (approximate computing). V rámci doktorského studia se doktorand seznámí s problematikou aproximativního počítání, evolučních algoritmů (jakožto metody umožňující provádět aproximace), návrhem příslušných číslicových obvodů a zvolenou aplikací (např. zpracování videa). Cílem bude vytvořit obvodové komponenty (např. sčítačky, násobičky a aplikačně specifické prvky) s konfigurovatelným poměrem kvalita/cena. Z těchto komponent budou sestaveny demonstrační aplikace, u kterých bude možné konfigurovat poměr kvalita/cena na globální úrovni. Předmětem výzkumu budou dále metody inteligentního a autonomního řízení kvality a ceny v průběhu výpočtu. Výzkum spadá to témat řešených výzkumnou skupinou Evolvable Hardware.

    Školitel: Sekanina Lukáš, prof. Ing., Ph.D.
  8. Automatická transformace obyčejných diferenciálních rovnic

    • Seznamte se se simulačním jazykem TKSL
    • Seznamte se s principem automatické transformace zadání soustavy diferenciálních rovnic
    • Ověřte princip automatické transformace na vhodných příkladech
    • Zhodnoťte návaznost na světové standardy (MAPLE, Matlab)
    • Analyzujte počty operací při výpočtu členů Taylorovy řady a optimalizujte odpovídající matematické symbolické výpočty a odpovídající technické řešení.
    • Navrhněte algoritmus automatické transformace s ohledem na optimalizaci výpočtů.
    • Implementujte navržený algoritmus v jazyce C a proveďte návaznost na stávající systém TKSL.
    • Zhodnoťte dosažené výsledky.

    Školitel: Kunovský Jiří, doc. Ing., CSc.
  9. Automatické vyvažování zátěže na heterogenních architekturách

    Trendem posední doby při stavbě superpočítačových systémů je využití heterogenních architektur pro dosažení vysoké výkonnosti a současně nízkého příkonu. Typickým představitelem takového systému je Tsubane-II nebo Salomon, jenž obsahují mimo běžných vícejádrových procesorů i akcelerátory Intel Xeon Phi, nebo systémy jako je Titan jenž sází na grafické karty firmy NVIDIA.

    Pokud chceme opravdu využít plný potenciál výpočetního systému je nutné úlohu rozdělit nejen na akcelerační karty, ale rovněž na procesorová jádra. Pokud bychom uvažovali systém Salomon umístěný v Ostravě, procesorová část představuje 1/3 výkonu, zatímco akcelerační karty 2/3.

    Cílem práce je navrhnout novou metodiku automatizované rozdělení výpočtu (dekompozice) a vyvážení pracovní zátěže tak, aby byly využity všechny dostupné prostředky a minimalizována komunikace.

    Školitel: Jaroš Jiří, Ing., Ph.D.
  10. Automatizovaná dynamická analýza, inteligentní testování a řízení kvality software

    V současné době neustále roste důraz na kvalitu, spolehlivost a bezpečnost software. V souladu s tím jsou nemalé prostředky investovány do výzkumu moderních technik analýzy a verifikace programů pomocí nejrůznějších automatizovaných metod, jako jsou systematické testování, dynamická analýza, statická analýza, model checking apod. Tyto techniky jsou přitom rozvíjeny nejen na univerzitách, ale do jejich výzkumu a vývoje investuje řada významných mezinárodních společností (Google, Microsoft, IBM, Red Hat, Honeywell apod.). Mezi uvedenými metodami patří testování a dynamická analýza k tradičním, již dlouho nejvíce používaným, ale přesto intenzivně dále rozvíjeným přístupům (o čemž svědčí velký počet článků z dané oblasti prezentovaných na mezinárodních konferencích věnovaných obecně programovacím jazykům a/nebo softwarovému inženýrství i velký počet špičkových mezinárodních konferencí specializujících se na danou oblast).

    Náplní tématu je rozvoj stávajících a návrh nových metod dynamické analýzy a inteligentního testování, případně kombinovaných s použitím vhodných statických analýz. Tyto analýzy by přitom měly směřovat nejen k co nejefektivnějšímu vyhledávání chyb, ale také k automatické podpoře procesu řízení software (identifikace problematických komponent, problematických změn, podpora rozhodování o tom, které změny začlenit či nezačlenit do nové verze softwarového produktu apod.). Předmětem výzkumu bude vývoj nových heuristik pro testování a analýzu, které umožní co nejefektivnější odhalení i vzácně se projevujících chyb (jako jsou např. extrapolující dynamické analýzy, vkládání šumu, či fuzz testování) a které umožní automatické získávání zkušeností z dosud provedených testů či analýz a jejich následné využití pro zdokonalení procesu testování či obecně řízení kvality software. Do této oblasti spadá vhodné využití statistických analýz, strojového učení či technik dolování z dat. Předmětem výzkumu je přitom nejen návrh nových technik z dané oblasti, ale také jejich prototypová implementace a experimentální ověření na vhodných případových studiích.

    Práce bude řešena ve spolupráci s týmem VeriFIT zabývajícím se na FIT VUT testováním a dynamickou analýzou software, zejména dr. A. Smrčkou, dr. B. Křenou, Ing. J. Fiedorem, Mgr. H. Pluháčkovou či také Ing. P. Mullerem ze společnosti SAP a Ing. L. Charvátem z firmy Honeywell. V případě zodpovědného přístupu a kvalitních výsledků je zde možnost zapojení do grantových projektů (např. nově přijatý český projekt GAČR Robust a nově přijatý evropský projekt ECSEL Aquas). Je zde rovněž možnost úzké spolupráce s různými partnery FIT, např. Red Hat či Honeywell, tak také zahraničními partnery VeriFIT: dr. Shmuel Ur (Shmuel Ur Innovations, Izrael), dr. Eitan Farchi (IBM Haifa Reasearch Lab, Izrael), dr. Joao Lourenco (Universidade Nova de Lisboa, Portugalsko) či prof. Mauro Pezze (University of Milano Bicocca, Itálie a University of Lugano, Švýcarsko).

    Školitel: Vojnar Tomáš, prof. Ing., Ph.D.
  11. Automatizovaná tvorba kontextových gramatik

    • Studujte různé varianty kontextových gramatik, zejména s ohledem na využití při analýze formálních jazyků.
    • Studium automatické dedukce/tvorby gramatik či znalostí různých tříd - zaměření na kontextové vazby.
    • Návrh formálního postupu pro plně automatický, nebo asistovaný návrh kontextového popisu plochých či anotovaných vět formálního jazyka.
    • Implementace funkčního vzorku na základě vzorků z malware, nebo programovacích jazyků.
    • Možnost zapojení se v grantech na analýzu malware.
    • Práce v rámci interní grantové agentury možná.

    Školitel: Kolář Dušan, doc. Dr. Ing.
  12. Automaty s hlubokými zásobníky: Teorie a aplikace

    Řešení tohoto projektu bude vycházet ze stávajících poznatků o automatech s hlubokými zásobníky, které se používají v teorii jazyků. Teoretický výzkum těchto modelů bude diskutovat užitečné vlastnosti a transformace těchto modelů, jako např. redukce velikosti jejich komponent. Výzkum aplikací těchto automatů se bude soustředit na oblasti informatiky související s překladači, matematickou lingvistikou a molekulární biologií.

    Školitel: Meduna Alexandr, prof. RNDr., CSc.
  13. Autonomní inteligentní systémy řízené modely

    Tématem práce je propojení prostředí pro modelování inteligentních systémů s nástroji pro vytváření a provádění simulačních modelů. Doktorand by se měl orientovat zejména na otevřené otázky robotiky, jako jsou například společné plánování, řešení konfliktů a koordinace, a zkoumat jejich řešení právě s využitím simulačních nástrojů jako jsou PNtalk nebo TMass. Výsledkem by měla být analýza problematiky, řešení některých problémů a demonstrace přínosu modelování pro jejich řešení.

    Školitel specialista: Ing. Radek Kočí, Ph.D.

    Školitel: Zbořil František, doc. Ing., Ph.D.
  14. Bezpečné překladače

    • Studujte problematiku aplikací v prostředí internetového provozu, které pracují jak s bezpečnými, tak potenciálně nebezpečnými daty.
    • Navrhněte úpravu v analýze a syntéze kódu pro typický jazyk používaný v daném prostředí, který je překládaný do binárního kódu pro přímé spouštění na hardware.
    • Formálně ukažte, že analýza je schopna odhalit potenciální nebezpečí při nesprávném užití hodnot přicházejících z prostředí internetu.
    • Realizujte vhodnou demonstrační aplikaci.
    • Nejen v rámci interní grantové agentury je možné získat mimořádné stipendium a další podporu.

    Školitel: Kolář Dušan, doc. Dr. Ing.
  15. Bezpečnostní monitorování komunikace IoT

    Internet věcí představuje komunikační síť propojující různé typy zařízení v domácnosti (home IoT networks) nebo v průmyslu (industrial IoT networks). Většina těchto zařízeních obsahuje jen malé či žádné zabezpečení oproti útokům z lokální sítě či z Internetu. Škody způsobené zneužitím těchto zařízení mohou být však velmi vážné. Nejde jenom o záměrný útok, ale i chybné nastavení či výpadek řídící jednotky.

    Monitorování internetu věcí je novou doménou správy sítě. Zahrnuje jak sledování chování zařízení, tak získávání dat ze senzorů, nastavování, apod. Bezpečnostní monitorování se zaměřuje na detekci útoků a anomálií v komunikaci. Pro bezpečnostní monitorování lze využít metodu modelování běžného chování a sledování významných odchylek od tohoto chování či vyhledávání podezřelých vzorů chování (tj. modelování útoků). Dalším způsobem je nasazení honeypotů z cílem odhalit případného útočníka a způsob jeho útoku.

    Cílem tématu dizertační práce je prozkoumat různé metody bezpečnostního monitorování IoT a definovat možnosti ochrany zařízení či podsítí proti běžným útokům. Zároveň je cílem integrovat monitorovací prvky do stávajících SIEM systémů.

    Téma je součástí projektu aplikovaného výzkumu TAČR IRONSTONE.

    Školitel: Matoušek Petr, Ing., Ph.D.
  16. Big Data a analýza podnikových procesů pro Průmysl 4.0

    Téma vychází z propojení několika směrů, které se staly aktuálními. Prvním z nich je téma Big Data. Pokud se podíváme na obrázek shrnující vývoj této tématiky (viz Témata Big Data ), jde o rozsáhlý soubor různých cílů. Pro nás jsou zajímavé ty na modré linii úspěšných a to:

    • predictive analysis (prediktivní analýza) a
    • MPP data warehouse  (multiprocesorové zpracování  v datových skladištích).

    Se širším tématem prediktivní analýzy souvisí druhý aktuální směr Průmysl 4.0 a zde vysoce požadované téma predikce poruch.

    S tématem multiprocesorového zpracování  v datových skladištích v Big Datech souvisí OLAP a agregace dat a jejich zpracování v paralelních multiprocesorových systémech (Hadoop apod.).

    Téma rovněž vychází z dlouholetého výzkumu procesních modelů, řešeného v minulých letech několika doktorandy ve skupině prof. Hrušky. Základem výzkumu byla analýza procesů s cílem jejich optimalizace.

    Protože procesní systémy jsou ve firemní oblasti využívané a pro některé podniky představují klíčový nástroj, je výstupem studia dobré praktické uplatnění doktoranda a to i během studia. Zejména to souvisí s tématikou Průmyslu 4.0.

    Cílem práce může být nalezení vhodných metod pro analýzu pro zvolených problémů, které se v praxi vyskytují, následně jejich zobecnění a ucelení.

    Doktorand může být v rámci studia zapojen do výzkumného týmu, který řeší tyto aplikace přímo ve spolupráci s průmyslem.

    Školitel: Hruška Tomáš, prof. Ing., CSc.
  17. Číslicové obvody využívající ambipolarity prvků

    Ambipolární vodivost, charakterizovaná superpozicí proudů tvořených elektrony a dírami jako nosiči náboje v polovodičích, je v poslední době pozorována u celé řady technologií, které jsou zkoumány v souvislosti s možnou náhradou na monokrystalickém křemíku založených polovodičů v budoucnosti. Jedná se například o uhlíkové nanotrubičky, grafen, křemíkové nanodrátky či organické polovodiče, ať už monokrystalické či polykrystalické. Takto vyrobené elektronické prvky typu tranzistor pak mohou být schopny obou typů vodivosti (polarity), známé z tradiční elektroniky - p-typu i n-typu. Tento fenomén je zatím přijímán často velmi rozpačitě, protože desítky let zavedená technologie návrhu a výroby číslicových obvodů CMOS počítá naopak s fixním určením vodivosti prvku již při výrobě, čímž je determinováno také jeho místo ve struktuře číslicovém obvodu a vlastně i struktury realizující tradiční funkce.

    Výzkum v posledních několika letech ukazuje, že možnost ovládat polaritu tranzistoru naopak může otevírat nové možnosti návrhu jak číslicových, tak i analogových obvodů. Nejen, že dochází k narušení tradičních návrhových vzorů číslicových obvodů, ale při vhodném využití nové vlastnosti je možné získat i kvalitativně lepší realizaci požadované funkce či (ve srovnání s konvenčními řešeními) efektivnější realizaci více než jedné funkce. Je také zřejmě možné objevit takové aplikace, kde díky možnostem plynoucím z ambipolarity je možné dosáhnout realizací, které dříve nebyly zajímavé.

    Cílem práce je zkoumat současné využití ambipolárních tranzistorů v číslicových obvodech, realizujících logické funkce a zejména s využitím ambipolárních tranzistorů připravených na spolupracujících pracovištích hledat způsoby návrhu logických obvodů a aplikace logických obvodů s ambipolárními tranzistory, u nichž je možné díky využití ambipolárního chování základních prvků získat výhodu (úspora plochy, spotřeby, času) oproti současným nejlepším řešením.

    Školitel: Růžička Richard, doc. Ing., Ph.D., MBA
  18. Detekce a lokalizace (živých) osob za překážkami

    Cílem práce je detekce a lokalizace (živých) osob za překážkami. Postup práce bude následující:

    • Seznámení se s detekcí osob na základě vitálních funkcí člověka, jejich kategorizace a nalezení různých typů překážek, vč. uvedení možností pro detekci.
    • Návrh vhodného principu na hledání osob za překážkami (např. závaly či laviny), příp. s využitím bioradaru či georadaru.
    • Experimenty s bioradarem a georadarem, interpretace získaných dat.
    • Konstrukce a realizace navrženého řešení.
    • Provedení experimentů a shrnutí.
    Očekává se účast na relevantních mezinárodních konferencích a publikování v odborných či vědeckých časopisech. Zahraniční stáž je možná.
    Práce může navázat na projekt konstrukce robota pro hledání osob pod závaly a lavinami. K dispozici je robot k tomuto účelu.

    Školitel: Drahanský Martin, prof. Ing., Ph.D.
  19. 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.
  20. Detekce útoků na počítačové systémy a automatické zpracování škodlivých programů

    Cílem práce je zkoumat problémy detekce útoků na počítačové systémy a automatické zpracování škodlivých programů (malware).  Práce by měla být motivována snahou navrhnout nové přístupy pro detekci a automatické zpracování škodlivého software. Součástí řešení bude:

    • Prostudování stávajícího stavu.
    • Návrh nových způsobů detekce útoků a malware.
    • Zdokumentování navržených metod, provedení experimentů a zhodnocení dosažených výsledků.

     

    Školitel: Hanáček Petr, doc. Dr. Ing.
  21. Distribuované fotoakustické snímkování

    Fotoakustické snímkování je nová progresivní metoda neinvazivního zobrazování měkkých tkání. Technika je založena na generování širokopásmových ultrazvukových vln uvnitř tkáně pomocí několika laserů. Nahraná odezva je poté zpětně rekonstruována a je vytvořen detailní obraz tkáně.

    Obrovským problémem pro reálné nasazení je rozsah simulačních domén vzhledem k vlnové šířce snímaného ultrazvukového signálu. Typickou aplikací je například mamografie, kde se bavíme o datové množině v řádu deistek TB.

    Cílem práce je navrhnout nové dekompoziční techniky pro rychlou rekonstrukci fotoakustických obrazů s využitím akcelerátorů GPU nebo MIC. Předpokládá se vývoj a nasazení na superpočitačích s výkonem několika PFLOPS.


    Školitel: Jaroš Jiří, Ing., Ph.D.
  22. Distribuované řídicí systémy a IoT na bázi rekonfigurovatelných Petriho sítí

    Petriho sítě se v řídicích systémech úspěšně používají již od 70tých let (viz např. SFC, Grafcet). Důvodem jejich popularity je sugestivní vizuální vyjádření, možnost simulace a možnost využití teorie Petriho sítí pro ověření důležitých vlastností systému. Kromě původních Petriho sítí lze dnes ve stejné oblasti použít i vysokoúrovňové Petriho sítě, které kombinují pozitivní vlastnosti původních Petriho sítí s možnostmi vysokoúrovňových programovacích jazyků (strukturované datové typy, objektová orientace). Tím je možné dostat se s Petriho sítěmi i do vyšších úrovní řízení, než je field level a PLC. Cílem aktuálního výzkumu je ověřit aplikovatelnost specifické varanty vysokoúrovňových Petriho sítí, Reference Nets, v návrhu a realizaci distribuovaných a hierarchicky organizovaných řídicích systémů. Reference Nets pracují s dynamicky instanciovatelnými a vzájemně komunikujícími vysokoúrovňovými Petriho sítěmi a umožňují modelovat systém ve vrstvách. Současně umožňují dynamicky rekonfigurovat strukturu systému. Tyto vlastnosti předurčují Reference Nets pro modelování a implementaci komplexních systémů s diskrétními událostmi a kromě toho mohou být Reference Nets efektivně využity v situacích, kdy je požadována dynamická rekonfigurovatelnost systému. Vzhledem k tomu, že u typických komplexnějších řídicích systémů se automaticky předpokládá adaptabilita na průběžně se měnící požadavky a podmínky, v kterých systém pracuje, o mimořádné aktuálnosti tohoto výzkumu nemůže být sebemenších pochyb.
    Existující implementace Reference Nets (kterou udržují kolegové v Hamburku) není přímo použitelná pro řízení, protože nebyla s tímto cílem navržena (nepracuje v reálném čase, instalace a rekonfigurace je obtížně realizovatelná). Proto byla v Brně navržena a prototypově realizována alternativní implementace, pracující s rozumnou podmnožinou původního inskripčního jazyka, umožňující běh na uzlech s omezenými zdroji a umožňující dynamicky nainstalovat, aktivovat, deaktivovat i odinstalovávat aplikace ve formě Reference Nets. Touto implementací je PNVM - Petri Net Vitrtual Machine. PNVM doplněný o ovladače pro vstupy a výstupy a příkazový interpret (shell, realizovaný pomocí Petriho sítí) se nazývá PNOS - Petri Net Operating System. Tento systém je určen k běhu na uzlech distribuovaného systému.
    PNOS je použitelný jako východisko pro případná rozšíření a modifikace v rámci aplikací. Momentálně jsou aktuální například aplikace v oblasti Smart Home a IoT (vč. Industrial IoT). 
    V rámci řešení je možná i spolupráce se spřáteleným pracovištěm na univerzitě v Hamburku.
    Pro více informací se stavte osobně, ideálně v odpoledních hodinách.
    Doc. Ing. Vladimír Janoušek, Ph.D.
    http://www.fit.vutbr.cz/~janousek/
    janousek@fit.vut.cz

    Školitel: Janoušek Vladimír, doc. Ing., Ph.D.
  23. Efektivní techniky pro práci s automaty a logikami a jejich aplikace

    Různé typy automatů a logik patří mezi nejzákladnější objekty studované a aplikované v oblasti informatiky již desítky let. Přesto v této oblasti existuje řada dosud neuspokojivě vyřešených problémů a neustále se objevují nové vzrušující problémy související se stále novými aplikacemi automatů a logik (např. při symbolické verifikaci nekonečně stavových programů, v rozhodovacích procedurách, při syntéze programů či hardware, při automatizovaném zpracování přirozených jazyků či při analýze síťového provozu).

    Předmětem disertační práce bude konkrétně rozvoj současného stavu v oblasti efektivní práce s různými typy automatů (automaty nad slovy a stromy, pravděpodobnostní automaty, automaty rozšířené o různé typy proměnných a operací nad nimi) a logik (např. různé logiky nad slovy, stromy, grafovými strukturami či datovými slovy). Zkoumané techniky by se měly zaměřit na efektivní techniky redukce automatů, jejich porovnávání (jak na přesnou inkluzi či ekvivalenci tak i různé formy přibližné inkluze či ekvivalence), možnosti strojového učení automatů či efektivní rozhodovací techniky vybraných logik. Významnou části výzkumu by ale také měly být nové aplikace automatů a logik založené na nově navržených technikách pro práci s automaty či logikami. Důraz bude zejména na aplikace z oblasti formální analýzy a verifikace, analýzy síťového provozu, případně syntézy programů či hardware.

    Práce bude řešena ve spolupráci s týmem VeriFIT zabývajícím se na FIT VUT rozvojem technik pro práci s automaty, logikami a jejich aplikacemi (zejména dr. O. Lengál, dr. M. Češka jr., dr. L. Holík či doc. A. Rogalewicz). V případě zodpovědného přístupu a kvalitních výsledků je zde možnost zapojení do grantových projektů (včetně mezinárodních). Je zde rovněž možnost úzké spolupráce s různými zahraničními partnery VeriFIT: Uppsala University, Švédsko (prof. P.A. Abdulla, prof. B. Jonnson); Academia Sinica, Taiwan (dr. Y.-F. Chen); LIAFA, Paříž, Francie (prof. A. Bouajjani, dr. Mihaela Sighireanu), VERIMAG, Grenoble, Francie (dr. R. Iosif) či School of Informatics, University of Edinburgh, Velká Británie (prof. R. Mayr).

    Školitel: Vojnar Tomáš, prof. Ing., Ph.D.
  24. Evoluční syntéza komplexních číslicových obvodů

    Ukazuje se, že metody syntézy číslicových obvodů využívající evolučních algoritmů, zejména kartézského genetického programování pracujícího přímo nad reprezentací na úrovni hradel, jsou schopny produkovat implementace, které jsou v řadě případů mnohem efektivnější (typicky kompaktnější) nežli implementace získané pomocí současných syntézních technik využívajících interní reprezentace (např. AIG) a iterativní aplikace deterministických přepisovacích pravidel. Evoluční syntéza však byla doposud aplikována pouze na relativně malé benchmarkové obvody. Jedním z důvodů je problém škálovatelnosti evaluace, který znemožňuje pracovat přímo s instancemi sestávajícími z milionů hradel. S rostoucí složitostí číslicových systémů se však jeví vhodné mít k dispozici systém, který je schopen pracovat nad komplexními obvody.

    Cílem disertační práce je navázat na předchozí výzkum a zabývat se možnostmi optimalizace složitých číslicových obvodů, které jsou typicky popsány hierarchicky pomocí HDL jazyků. K dosažení vhodné úrovně škálovatelnosti se předpokládá, že student zavede vhodné techniky dekompozice a využije znalosti hierarchického popisu.

    Výzkum spadá to témat řešených výzkumnou skupinou Evolvable Hardware.

    Školitel: Vašíček Zdeněk, Ing., Ph.D.
  25. Extrakce informací z webových dokumentů založená na doménových modelech

    Problematika identifikace a extrakce konkrétních informací z dokumentů na WWW je již delší dobu předmětem intenzivního výzkumu. Mezi základní překážky, které je třeba překonat, patří nedostatečná strukturovanost HTML dokumentů a absence metainformací (anotací) využitelných pro rozpoznání významu jednotlivých částí obsahu. Tyto chybějící informace jsou proto nahrazovány analýzou různých aspektů webových dokumentů, zejména následujících:

    • HTML kód dokumentu (DOM)
    • Text dokumentu (hledání klíčových slov, statistická analýza textu, metody zpracování přirozeného jazyka)
    • Vizuální organizaci (rozložení obsahu na stránce, vizuální vlastnosti)

    Pro úspěšnou extrakci konkrétní informace z dokumentů je rovněž nezbytná doménová znalost zahrnující očekávanou strukturu extrahované informace (vztahy mezi jednotlivými extrahovanými položkami) a způsob zápisu jednotlivých položek. Tato znalost umožňuje přesnější rozpoznání jednotlivých částí informace v textu dokumentu.

    Současné přístupy k extrakci informací z webových dokumentů se soustřeďují zejména na modelování a analýzu dokumentů samotných; modelování extrahované informace za účelem jejího přesnějšího rozpoznání nebylo dosud podrobněji zkoumáno v tomto kontextu. Předpokládaným cílem disertační práce jsou proto následující:

    • Studium existujících doménových modelů jako např. UML diagramy tříd, E-R diagramy nebo ontologie.
    • Rozšíření těchto modelů o konkrétní metody rozpoznání konkrétních údajů v dokumentech (např. regulární výrazy, pokročilá klasifikace textu).
    • Návrh metod extrakce informací založených na srovnání struktury informace prezentované v dokumentu a očekávané struktury cílových informací.

    Nedílnou součástí je rovněž experimentální implementace navržených metod s využitím existujících nástrojů a experimentální ověření na reálných dokumentech dostupných na WWW.

    Školitel: Burget Radek, Ing., Ph.D.
  26. Extrakce informací z Wikipedie a jiných webových zdrojů

    Cílem disertační práce je výzkum v oblasti extrakce informací z textu se zaměřením na metody strojového učení aplikovatelné v této oblasti. Součástí bude i realizace extrakčního systému, který bude možné využít pro zpracování rozsáhlých webových dat, získaných např. v projektu CommonCrawl.

    Školitel: Smrž Pavel, doc. RNDr., Ph.D.
  27. Formální modely distribuovaného výpočtu

    Řešení tohoto projektu bude vycházet ze stávajících poznatků o formálních systémech distribuovaného výpočtu. Cílem je konstrukce a výzkum nových automatových a gramatických systémů, které adekvátním způsobem odrážejí potřeby moderních výpočetních metod založených na distribuci. Aplikace těchto systémů se budou soustředit na modelování a výzkum organismů v molekulární biologii a překladačích.

    Školitel: Meduna Alexandr, prof. RNDr., CSc.
  28. Formální systémy automatů a gramatik

    Řešení tohoto projektu bude vycházet ze stávajících poznatků o systémech formálních modelů, zejména gramatik a automatů. Teoretickým cílem je konstrukce, modifikace a výzkum takovýchto systémů. Praktickým cílem je získat systémy vhodně adaptované pro potřeby výpočtu pováděných moderními počítači. Aplikace těchto systémů se budou soustředit na překlad jazyků, matematickou lingvistiku a bioinformatiku.

    Školitel: Meduna Alexandr, prof. RNDr., CSc.
  29. Generátor vědeckých webových portálů

    Disertační práce je zaměřena na získávání informací o uživatelem definované doméně, hlavních tématech výzkumu, projektech, časopisech, konferencích a týmech a presentace těchto znalostí ve formě automaticky udržovaného webového portálu, který bude možné díky personalizaci přizpůsobit individuálním požadavkům konkrétní osoby.

    Školitel: Smrž Pavel, doc. RNDr., Ph.D.
  30. Hrubé množiny a big data

    Tématem disertační práce bude výzkum problematiky získáváním znalostí z rozsáhlých databází (big data), který bude zaměřený na netradiční přístupy, především pak na aplikaci teorie hrubých množin při získávání asociačních pravidel. Postup práce by měl být následující:

    • Studium současného stavu dané problematiky (přístupů k dolování asociačních pravidel).
    • Výzkum metod a algoritmů získávání asociačních pravidel ze složitě strukturovaných dat. 
    • Modifikace nebo návrh nového algoritmu založeného na teorii hrubých množin.
    • Experimentální ověření navrženého a implementovaného algoritmu na reálných datech.

    Školitel: Zbořil František, doc. Ing., CSc.
  31. Hybridní rekonfigurovatelné výpočetní architektury

    Práce je zaměřena na problematiku modelování a syntézy hybridních výpočetních architektur. Jedná se o systémy, ve kterých jsou jednotlivé úlohy implementovány jako systémy na čipu (SoC, FPGA) pomocí univerzálních či specializovaných procesorů, IP jader a programovatelné logiky.  Cílem je zvýšení produktivity při návrhu, optimalizace příkonu a spotřeby energie výsledného obvodu při zachování výkonnosti, případně zvýšení výsledné výkonnosti.

    Hlavní cíl práce je hledání možností modelování hybridních architektur a jejich automatizované syntézy a dále pak vypracování metodiky jejich efektivní implementace.

    Předpokládá se práce v jazycích C a VHDL, případně v jazycích vycházejících z notace jazyka C, které byly adaptovány pro popis HW (např. SystemC, SystemVerilog apod.). Výsledky práce budou demonstrovány na vhodné výpočetní platformě (např. ZYNQ firmy Xilinx) a aplikaci (např. analýza obrazu či číslicové zpracování signálů ze senzorických polí).

    Existuje možnost zapojení se do práce na grantech s možností stipendia, případně i pracovního poměru.

    Doktorand v prezenční formě studia bude zapojen do výuky podle potřeb ústavu a fakulty.

    Školitel: Fučík Otto, doc. Dr. Ing.
  32. Inteligentní inspekce a měření dutin válcového průřezu s predikcí změn stavu

    Cílem této disertační práce je návrh autonomního zařízení, které bude snímat a proměřovat dutiny válcového průřezu. Na základě naměřených dat vytvoří počítačový model dutiny, ve kterém pak bude hledat poškozená či jinak problematická místa. Systém bude schopen na základě minulých měření predikovat vývoj tohoto místa v budoucnu, za stejných podmínek užívání zařízení obsahujícího měřenou dutinu válcového průřezu (např. hlaveň tanku či děla). Zařízení je k dispozici + lze osadit dalšími senzory dle požadavků. Výzkum může být rozdělen do následujících etap:

    • Prostudování teorie snímání dutin válcového průřezu (konkrétně hlavní děla a tanku).
    • Návrh metod pro snímání a získávání dat.
    • Návrh a implementace algoritmu pro vygenerování počítačového modelu na základě naměřených dat.
    • Návrh a implementace algoritmu pro analýzu počítačového modelu a automatického vyhodnocení poškozeného povrchu či problematického místa.
    • Návrh a implementace inteligentního algoritmu pro predikci dalšího vývoje poškozeného povrchu či problematického místa na základě historie naměřených dat.
    • Provedení experimentů a zhodnocení dosažených výsledků.
    Očekává se účast na relevantních mezinárodních konferencích a publikování v odborných či vědeckých časopisech. Zahraniční stáž je možná.

    Školitel: Drahanský Martin, prof. Ing., Ph.D.
  33. Interakce rozpoznávání řeči a dolování informací

    Speech recognition systems are nowadays rarely used alone, but are parts of more complex data processing chains, both in military-security and business scenarios. Typically, they are integrated with a machine translation system and the following data-mining, for example topic detection, sentiment/emotion analysis or business data extraction. As many of these systems are nowadays based on DNNs or their variants, there is a possibility of joint training of such system optimizing the final goal of the system.

    The proposal is related to ongoing EU H2020 project Bison, and US DARPA funded Lorelei project.

    Školitel: Černocký Jan, doc. Dr. Ing.
  34. Metody pro extrakci a detekci vzorů v programovém kódu

    Cílem práce je navrhnout, implementovat a v praxi ověřit takové metody,
    které povedou k automatizované extrakci a detekci vzorů v programovém
    kódu. Důraz je kladen na využití v antivirovém průmyslu. Projekt bude
    řešen v přímé spolupráci s firmou Avast.

    Předpokládané části řešení práce:

    1. Vytipování a extrakce důležitých rysů (feature set) z kódů programů, jako jsou binární spustitelné aplikace, bajtkód, skripty apod. Může se jednat o rysy statické, dynamické, nebo kombinované.
    2. Návrh metod pro transformaci extrahovaných rysů na přesné detekční vzory. Metody by měly být dostatečně robustní pro vypořádání se se situací, kdy ne všechny rysy jsou k dispozici. Očekávána je rovněž validaci takových vzorů pomocí existujících sad čistých/škodlivých souborů.
    3. Návrh systému, který bude schopen tyto vzory v programech detekovat. Ideálně by měl být tento systém schopen programy i klasifikovat na základě detekovaných vzorů. Implementace systému na základě navržených metod a formalismů.
    4. Ověření celého systému v praxi.

    Školitel: Kolář Dušan, doc. Dr. Ing.
  35. Metody testování bezpečnostních produktů

    Práce se bude zabývat problematikou testování bezpečnostních produktů založenou na pravidlach a metrikách. Pro existující sadu metrik bude vytvořena množina modelů, které budou popisovat množiny metrik. Modely budou podle charakteristiky vlastností metrik vyhodnoceny a výstupem tohoto hodnocení by měla být míra úspěšnosti detekce jednotlivých typů útoků Cílem je vytvoření systému, který na základě zadaných vstupních vlastností vytvoří množinu metrik s odpovídající charakteristikou (např. nejlepší míra detekce konkrétního typu útoku). Tato sada metrik by následne měla pokrývat i neznámé útoky tohoto typu nebo množiny.

    Školitel: Hanáček Petr, doc. Dr. Ing.
  36. Modelování a analýza systémů odolných proti poruchám

    Na současné systémy jsou kladeny stále větší nároky nejen z hlediska flexibility a efektivity jejich běhu na moderních výpočetních platformách, ale také z hlediska jejich činnosti a služeb, které poskytují a způsobu jejich řízení. Cílem řešení tématu je zejména:

    • analyzovat současný stav poznání v oblasti modelování a analýzy systémů odolných proti poruchám a vyhodnocování jejich spolehlivostních ukazatelů,
    • zvolit prostředky a metody vhodné pro modelování a analýzu systémů odolných proti poruchám a vyhodnocování jejich spolehlivostních ukazatelů a dopadů jejich selhání na okolí,
    • navrhnout řešení vedoucí ke zvýšení spolehlivosti zvolené třídy systémů a toto řešení ověřit na vhodně zvolených případových studiích,
    • vyhodnotit vliv navrženého řešení na spolehlivost, provést rozbor jeho vlastností a porovnat s existujícími přístupy.

    Implicitně se předpokládá orientace na číslicové elektronické systémy, nicméně téma je možno dále orientovat/specializovat, např. do oblastí systémů založených na procesorech a/nebo programovatelných zařízeních typu FPGA, zařízení rekonfigurovatelných za běhu, či elektro-mechanických (cyber-physical) systémů, spolehlivosti technického vybavení, základního programového vybavení (firmware), vrstvy operačního systému, aplikační vrstvy apod.

    Školitel: Strnadel Josef, Ing., Ph.D.
  37. Modelování požadavků v procesu vývoje softwarových systémů (školitel-specialista: R. Kočí)

    Základním problémem při vývoji softwaru je správné zachycení požadavků a jejich převedení do vyvíjeného systému. Během návrhu se používají různé modely pro zachycení rozdílných pohledů na systém - abstraktní pohled na požadavky na vyvíjený systém, podrobná specifikace scénářů chování, realizace scénářů apod. Cílem disertační práce je výzkum kombinace vybraných modelů z jazyka UML a formalismů DEVS a Petriho sítí pro modelování a realizaci požadavků na vyvíjený systém. Důležitým aspektem je zachování stejných modelů po celý vývojový cyklus s možností náhledu na systém v různé míře abstrakce.

    Školitel: Janoušek Vladimír, doc. Ing., Ph.D.
  38. Modely softwaru v procesu vývoje a nasazení systémů (školitel-specialista: R. Kočí)

    Modelování se používá pro zachycení důležitých aspektů vyvíjeného systému. V oblasti metod vývoje softwarových systémů došlo k rozvoji přístupu Model Driven Engineering, který využívá modelování v takovém rozsahu, že je lze považovat za základní programovací jazyk. Modely jsou postupně transformovány z abstraktního pohledu na systém do programovacího jazyka. Příkladem mohou být vybrané modely jazyka UML ve spojení s meta-úrovňovými modely MOF využívané metodikou MDA. S transformacemi modelů jsou spojeny dva problémy. První se týká otázky, zda je možné provádět transformace plně automatizovaně, tj. bez zásahu vývojáře. Druhý problém se týká otázky, zda je možné zachovat zachovat náhled na softwarový produkt na úrovni modelů, tj. nepracovat přímo s kódem, ale vždy s modelem, a to i při ladění a změnách aplikace za běhu. Cílem disertační práce je výzkum v oblasti aplikace modelů v procesu vývoje a nasazení systémů s ohledem na výše položené otázky. 

    Školitel: Janoušek Vladimír, doc. Ing., Ph.D.
  39. Moderní a akcelerované "Visual Computing" algoritmy

    Téma je zaměřeno na algoritmy grafiky, zpracování obrazu a videa, tedy "Visual Computing", například HDR (High Dynamic Range) obrazu, multispektrálního obrazu, stereoobrazu, případně obrazu doplněného o vlastnosti materiálu, teplotě, apod. Cílem je lépe porozumět jejich vlastnostem a možnostem, algoritmy do hloubky analyzovat, zlepšovat a připravovat nové. Předpokládá se práce v jazyce C, C++, C#, assembleru, případě i jinak. Možné algoritmy zahrnují: 
    • Pořizování HDR obrazu a videa, jeho komprese, skládání z několika standardních obrazů/videí, apod. 
    • Pořizování, zpracování a vizualizace multispektrálního obrazu (obrazu s více než třemi spektrálními složkami),
    • zpracování stereosnímků a jiných snímků s hloubkovou informací pořízení ať už s nebo bez strukturálního osvětelní,
    • algoritmy vhodné pro mobilní techniku nebo embedded systémy zaměřené na výše zmíněné druhy obrazu,
    • metody vizualizace HDR obrazu a videa, tone-mapping, Real-Time tone mapping,
    • algoritmy a aplikace využívající 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, ECSEL(potenciálně možnost stipendia či pracovního poměru).

    Školitel: Zemčík Pavel, prof. Dr. Ing.
  40. Monitorování komunikace s využitím profilů zařízení

    Profilování provozu vychází ze sledování procesů běžících na daném síťovém zařízení a také z probíhající komunikace na základě metadat o komunikaci, například metadat o síťových tocích. Pomocí monitorování toků a sledování běžících procesů lze vytvářet profil daného zařízení, který obsahuje přehled komunikace zařízení v pasivním stavu (bez aktivního uživatelského vstupu), během běžného provozu i během zatížení.

    Profilování systému je důležité zejména proto, že mnoho aplikací komunikuje po síti bez vědomí uživatele (synchronizace s daty v cloudu, synchronizace kalendáře, kontrola příchozích emailových zpráv, načítání aktualizací). Znalost profilu systému je nezbytná pro detekci botnetu, nakažení virem či průniku útočníka do systému.

    Součástí výzkumu bude vytvoření nástroje pro profilování komunikace pro různé platfromy dat, sběr dat z vybraných typů zařízení, hledání otisku chování těchto zařízení (fingerprinting) v síťovém provozu pomocí shlukování či automatické vytváření filtrovacích pravidel dle profilu komunikace.

    Téma je součástí projektu bezpečnostního výzkumu MV Tarzan.

    Školitel: Matoušek Petr, Ing., Ph.D.
  41. Možnosti využití časové redundance při konstrukci systémů odolných proti poruchám

    Návrh a realizace systémů odolných proti poruchám má za následek zvýšení plošné redundance (narůstá objem eletroniky), informační redundance (využití parity, ECC či jiného typu nadbytečné informace) nebo časové redundance (násobná realizace instrukcí). Toto téma zapadá tematicky do oblasti třetí, tzn. mezi metody, pro něž je charakteristický nárůst časové redundance. Techniky, které byly doposud využívány, se zaměřovaly především na posouzení instrukcí, které bylo nutno zdvojit - kriteriem byla jejich souvislost s konkrétní aplikací, která nesměla být ohrožena.

    Cílem práce bude definování dalších kriterií, která budou rozhodovat o zdvojování instrukcí (např. rozsah hardware, který se podílí na realizaci instrukce/posloupnosti instrukcí, příkon při realizaci instrukce/posloupnosti instrukcí, doba provádění instrukce, typ instrukce). Na takto definovaných kriteriích bude vytvořena metodika pro výběr instrukcí tak, aby byla zajištěna požadovaná spolehlivost.

    Školitel: Kotásek Zdeněk, doc. Ing., CSc.
  42. Multispektrální analýza lidských tkání pro lékařské účely

    Cílem práce je multispektrální analýza lidských tkání pro lékařské účely. Postup práce bude následující:

    • Seznámení se s multisepktrálním osvětlováním (různé vlnové délky) a snímáním pomocí kamer. Dále seznámení se s lidskou kůží a zuby.
    • Návrh a konstrukce zařízení pro multispektrální osvětlení lidské kůže a zubů, včetně snímání.
    • Provedení prvotních experimentů s tímto zařízením. Nasnímání DB patologických nálezů v/na kůži a zubech (ve spolupráci s lékaři).
    • Návrh a implementace expertního systému pro automatické hledání patologických nálezů v/na kůži a zubech.
    • Provedení závěrečných experimentů a souhrn dosažených výsledků.
    Očekává se účast na relevantních mezinárodních konferencích a publikování v odborných či vědeckých časopisech. Zahraniční stáž je možná.
    Práce může navázat na předchozí zkušenosti týmu v této oblasti, tj. multispektrální osvětlování a snímání + onemocnění kůže na ploskách prstů.

    Školitel: Drahanský Martin, prof. Ing., Ph.D.
  43. Návrh procesorů pro IoT

    Pro IoT se ukazuje, že univerzální procesory pro specializované přístroje IoT s často jednoúčelovými aplikacemi nejsou vhodné. V rámci těchto vestavěných (embedded) systémů se jeví velmi důležitým umět navrhnout optimální specializovaný procesor pro danou aplikaci. Tento vývoj se většinou dělá ručně a tudíž pomalu.

    V rámci výzkumu skupiny Lissom vznikl rekonfigurovatelný překladač jazyka C, který je nyní součástí Codasip Studia firmy Codasip (FIT má univerzitní licenci). Jsou k dispozici zkušenosti s tímto výzkumem. Je jisté, že jde o výzkum na světové úrovni, který je prakticky žádán a není definitivně dořešen. Jsou k dispozici definiční jazyky, mezijazyk i rekonfigurovatelný překladač jayzka C.

    Schopnost generovat překladač jazyka C z popisu procesoru otevírá další možnosti návrhu procesorů pro IoT, jako je např. autotuning. Jde o automatické vytvoření optimálního procesoru i překladače pro danou aplikaci. Vyjdeme z parametrizovatelného modelu procesoru a dané aplikace. Vzhledem ke schopnosti automatického generování překladače můžeme vytvořit a přeložit aplikaci pro různé konfigurace překladače i procesoru a simulací vyhodnocovat vlastnosti řešení (rychlost, velikost, spotřebu, plochu, instrukční repertoár  apod.). Proto některou z vhodných metod prohledávání stavového prostoru můžeme nalézt optimální variantu. Vzhledem k unikátní možnosti automatického generování překladače je tento přístup značným rozšířením dosavadního postupu popsaného v literatuře, kdy se experimentuje s pevnými překladači jediného procesoru paramerizovatelnými pouze stupněm optimalizace.

    Automatické nalezení optimálního procesoru s překladačem je vysoce žádáno a má rozhodně aplikační využití.

    Více informací po osobní schůzce.
    Kontakty a informace Prof. Ing. Tomáš Hruška, CSc. - hruska@fit.vutbr.cz


    Školitel: Hruška Tomáš, prof. Ing., CSc.
  44. Neuronové sítě pro hloubkové učení

    Použití neuronových sítí pro hloubkové učení (deep learning) přispělo v posledních letech k výraznému posunu mnoha oblastí, které se opírají o strojové učení - rozpoznávání obrazu, analýza textu atd.

    Cílem disertační práce je rozvinout existující přístupy využívající obrovské kolekce neanotovaných dat pro naučení neuronových sítí tak, aby výstupy mezilehlé vrstvy bylo možné použít jako vektor příznaků. Součástí práce bude i aplikace zkoumaných metod v rámci evropských projektů, na jejichž řešení se školitel podílí.

    Školitel: Smrž Pavel, doc. RNDr., Ph.D.
  45. Nízkopříkonové hloubkové učení na čipu

    Umělé neuronové sítě (ANN) a tzv. hluboké neuronové sítě se v poslední době hojně používají v komplexních úlohách klasifikace, predikce a rozpoznávání. Jejich hlavní nevýhodou je však vysoká výpočetní a energetická náročnost. V oblasti aproximativního počítání (approximate computing) jsou hledány alternativní nízkopříkonové obvodové implementace těchto sítí, které by byly použitelné i v systémech s omezenými energetickými zdroji, jako jsou např. uzly IoT. Cílem disertační práce bude zkoumat možnosti aproximace jednotlivých komponent ANN a docílit přijatelného kompromisu mezi kvalitou a energetickou náročnosti výpočtu. Bude se jednat zejména o aproximace aritmetických operací při násobení vstupu konstantou, aproximace aktivačních funkcí, konvolučních operací a přístupu do paměti. Výzkum spadá to témat řešených výzkumnou skupinou Evolvable Hardware.

    Školitel: Sekanina Lukáš, prof. Ing., Ph.D.
  46. Nové přístupy v teorii neuronových sítí

    Tématem disertační práce bude problematika nových přístupův teorii neuronových sítí. Postup práce by měl být následující:

    • Studium současného stavu problematiky.
    • Návrh programů simulujících vybranépřístupy/sítě.
    • Implementace a experimenty.
    • Porovnání výsledků s výsledky získanými klasickými přístupy/sítěmi.
    • Výběr vhodných netriviálních aplikací.

    Školitel: Zbořil František, doc. Ing., CSc.
  47. Nové trendy v numerickém řešení diferenciálních rovnic

    V současné době existuje velmi mnoho výpočetních systémů, s nimiž je možno řešit velmi rozsáhlé a náročné vědeckotechnické výpočty. Univerzální výpočetní systémy řeší takové výpočty pomocí specializovaných algoritmů a specializovaných progamových vybavení. Jednoúčelově zaměřené výpočetní systémy se při řešení těchto výpočtů zaměřují na určitou třídu úloh - zásadním trendem je paralelizace výpočetních operací. Ne vždy se však klasické výpočetní algoritmy snadno paralelizují a zpracovávají paralelně. Cílem předkládaného teoretického výzkumu je proto analýza současných algoritmů a zhodnocení převodu zkoumaného výpočtu na řešení systému diferenciálních rovnic. Paralelnost výpočtu soustav diferenciálních rovnic se v současnosti ověřuje. Potvrzuje se, že paralelní řešení soustav diferenciálních rovnic je velmi přirozené. Základem tohoto typu výpočtů je nutně stabilita a konvergence řešení, problematické jsou stiff systémy. Využije se analogie s elektronickými obvody a s teorií elektrických obvodů.
    Úvodní část výzkumu se zaměří na rozsáhlé soustavy algebraických rovnic, na analyzu stability a konvergence řešení, na souvislost špatně podmíněných soustav  se stiff systémy. Součástí bude zhodnocení vhodných paralelních architektur.

    Navrhované téma  je zaměřeno na  spolupráci s TU Wien, Faculty of Mechanical Engineering,  Institute for Mechanics and Mechatronics) v rámci projektu AKTION Austria- Czech Republic. Spolupráce podporuje  vzájemné vědecké návštěvy. Klíčovým záměrem spolupráce je podpora mladých výzkumných pracovníků.  

    Charakteristika řešeného problému:

    Navrhované téma  úzce souvisí se zaměřením ICNAAM Conference (Řecko) a New Zealand Mathematical Society Colloquium. 

    Důležitou náplní práce budou rozbory vícekrokových  metod  a analýza integračních formulí využívajících vyšších derivací hledaného řešení.

    Navrhované téma patří do oblasti "Vysoce náročné výpočty"

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    Školitel: Kunovský Jiří, doc. Ing., CSc.
  48. Nové verze automatů a gramatik

    Řešení tohoto projektu bude vycházet ze stávajících poznatků teorie formálních jazyků o modelech definující jazyky.  Projekt se zaměří na automaty a gramatiky. Cílem je konstrukce a výzkum nových verzí těchto modelů a to tak, aby adekvátním způsobem odrážely potřeby moderní informatiky. Řešení projektu bude rovněž zahrnovat diskuzi aplikací těchto systémů.

    Školitel: Meduna Alexandr, prof. RNDr., CSc.
  49. Odhady a predikce dopravy

    Cílem práce je optimalizace využití stávající silniční sítě pomocí tzv. telematických inteligentních dopravních systémů (ITS). Tyto systémy využívají počítačové, komunikační a řídicí technologie pro monitorování, organizaci a řízení dopravy, informování, navigování řidičů atd. Úspěch ITS systémů v praxi významně závisí na dostupnosti včasných a přesných odhadů aktuálního a kvalitní predikci budoucího stavu dopravy. K tomuto účelu se práce zaměřuje na tvorbu dopravních modelů pro analýzu dopravních dat pořizovaných různými senzorickými sítěmi a technologiemi, a to jak historických, tak získávaných reálném čase. Dále se předpokládá využití pokročilých algoritmů umělé inteligence pro identifikaci kritických míst a lokálních extrémů v dopravě a predikci budoucího stavu dopravy. Testování se bude provádět na reálné silniční síti s využitím dopravních dat naměřených senzorickou sítí.

    Existuje možnost zapojení se do práce na grantech s možností stipendia, případně i pracovního poměru.

    Doktorand v prezenční formě studia bude zapojen do výuky podle potřeb ústavu a fakulty.

    Školitel: Fučík Otto, doc. Dr. Ing.
  50. Optimalizace distribuovaných vstup výstupních operací

    Cílem této disertační práce je návrh nových metod pro vysoce efektivní vstup a výstup paralelních simulačních algoritmů. Práce klade důraz na distribuci zátěže přes vícenásobné RAID pole, překrývání vstupu a výstupu s výpočtem, offloadování vstupu a výstupu na dedikované uzly, bufferování dat, apt.

    Výstupem práce bude technika, která na základně aktuálního vytížení výpočetního clusteru a požadavků simulace automaticky navrhne nejvhodnější strategii. Tohoto výsledku bude dosaženo pomocí online sběru a vyhodnocení výkonnostních metrik a technik umělé inteligence a strojového učení.


    Školitel: Jaroš Jiří, Ing., Ph.D.
  51. Organizace výpočtu ve specializovaném paralelním prostředí

    Řešení rozsáhlých soustav diferenciálních rovnic patří stále mezi velmi náročné výpočetní postupy.
    V současné době probíhá výzkum extrémně přesného, stabilního a rychlého numerického řešení soustav obyčejných a parciálních diferenciálních rovnic (výzkum zahrnuje přirozeným způsobem i řešení problémů, které lze na soustavy diferenciálních rovnic převést).
    Výzkum je založen na originálním matematickém postupu využívajícím pro řešení diferenciálních rovnic netradičně metodu Taylorovy řady.
    Metoda Taylorovy řady má velmi příznivé paralelní vlastnosti - mnoho výpočetních operací je vzájemně nezávislých, takže tyto výpočty mohou být prováděny paralelně, nezávisle v oddělených procesorech paralelních výpočetních systémů. Tento paralelní přístup se experimentálně ověřuje.



    Předmětem dizertační práce je výzkum architektur pro efektivní řešení rozsáhlých soustav diferenciálních rovnic. Cílem výzkumu bude návrh specializovaného paralelního výpočetního systému a především návrh operačního systému vzniklého paralelního procesoru. Důraz bude kladen na důsledné matematické zhodnocení.
    V případě kvalitních výsledků a zodpovědného přístupu je zde možnost získání stipendia.

    Školitel: Kunovský Jiří, doc. Ing., CSc.
  52. Paralelní analýza formálních jazyků

    • Studujte současné techniky uplatňované v přední části překladače a různé implementace.
    • Navrhněte různá místa, kde by bylo možné uplatnit paralelní zpracování - zaměřte se na vlákna, případně využití GPU.
    • Realizujte přední část překladače dle vašeho návrhu, porovnejte výkonnost, vyvoďte závěry.
    • V rámci interní grantové agentury je možné získat jak stipendium, tak další podporu.

    Školitel: Kolář Dušan, doc. Dr. Ing.
  53. Paralelní analýza kontextových jazyků

    • Studium možností paralelní kontextové analýzy v návaznosti na atributované gramatiky různých tříd a atributované překladové gramatiky. Orientace na gramatiky s rozptýleným kontextem a jejich variace.
    • Návrh formálního postupu vytvoření formálního popisu jazyka, který je možné plně automatizovaně převést na kontextový paralelně pracující analyzátor. Vazba na atributy jako další krok.
    • Implementace konstruktoru, ověření funkce na reálných příkladech. Orientace na vhodný hostitelský jazyk.
    • V rámci interní grantové agentury lze získat mimořádné stipendium a další podporu.

    Školitel: Kolář Dušan, doc. Dr. Ing.
  54. Plánování cesty pro reálného robota

    Tato práce se bude zabývat algoritmy pro plánování pohybu robota. Ty ale většinou neuvažují s věcmi jako je hmotnost a setrvačnost robota, případně pohybová omezení daná typem podvozku. Výsledkem práce by měl být algoritmus, který pro robota s konkrétním typem podvozku nalezne optimalizovanou cestu na základě výše uvedených kritérií a podle zadaných parametrů. Plánovací metoda by měla být schopna vyrovnat se s nečekanými událostmi během pohybu robota, tj. detekovat kolizi či změnu prostředí zásadní pro dokončení naplánovaného pohybu. 

    Školitel specialista: Ing. Jaroslav Rozman, Ph.D.

    Školitel: Zbořil František, doc. Ing., Ph.D.
  55. 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, ECSEL(potenciálně možnost stipendia či pracovního poměru).

    Školitel: Zemčík Pavel, prof. Dr. Ing.
  56. Pokročilé metody návrhu celulárních automatů

    V posledních letech bylo ukázáno, že volbou vhodné reprezentace a postupu hledání přechodových pravidel je možné navrhovat složité vícestavové celulární automaty, jejichž chování bylo zatím nedosažitelné existujícími technikami. Nové výzkumy naznačují, že tyto postupy je možné dále vylepšovat a dosáhnout tak zefektivnění procesu návrhu či zcela nových řešení vybraných problémů poskytnutých výsledným celulárním automatem. V rámci disertační práce se předpokládá extensivní výzkum vybraných tříd celulárních systémů a hledání nových metod vedoucích k optimalizaci jejich návrhu či samotných výpočtů úloh, které na nich budou realizovány. Za možné směry lze uvažovat též akcelerace výpočtů pomocí superpočítačů, jednotek GPU, případně FPGA.

    Školitel specialista: Ing. Michal Bidlo, Ph.D. 

    Školitel: Sekanina Lukáš, prof. Ing., Ph.D.
  57. Pokročilé přístupy k praktickému rozhodování u BDI systémů

    Praktické rozhodování u BDI systému je založeno na průběžném budování modelu záměrů agenta a následném provádění tohoto modelu. Původní výpočetní systém BDI agentů, systém AgentSpeak(L) nechával prostor pro další specifikaci některých výpočetních kroků, jakými jsou volba z více možných prostředků k dosažení cílů, volba záměrů k vykonání či volba substitucí při provádění formálních odvozování. Právě na hledání preferencí při výběru prostředků a záměrů se bude soustředit práce v rámci tohoto zadání. Výsledkem má být systém, jehož praktické rozhodování bude vykazovat vyšší míru racionality než vykazují v současnosti existující řešení BDI systémů. 

    Školitel: Zbořil František, doc. Ing., Ph.D.
  58. Pokročilý bioinformatický nástroj pro počítačový design proteinů

    Proteiny se staly ústředními molekulami v biotechnologiích a biomedicíně, jejich vlastnosti však často nejsou pro praktické využití optimální. Řešením je buď identifikace nových proteinů s požadovanými vlastnostmi či úprava stávajících proteinů pomocí metod proteinového inženýrství. Hlavní obtíže přístupu založeného na identifikaci nových proteinů spočívají ve složitém prohledávání obrovského množství proteinů s neznámými vlastnostmi a biochemickými funkcemi dostupných v sekvenčních databázích. V případě proteinového inženýrství je zásadní kvalifikovaný výběr vhodných pozic v proteinech pro cílenou modifikaci struktury (mutagenezi) vedoucí ke zlepšení užitných vlastností.

    Pro úspěšnou predikci pozic vhodný k mutagenezi je nezbytné uvažovat celou řadu aspektů, které jsou obvykle vzájemně provázané. Mezi tyto aspekty patří např. vliv mutace na stabilitu proteinu, jeho funkci (zahrnující interakce s ligandy a jejich transport k aktivnímu místu) popř. dynamické chování proteinu a jeho možné konformace. V neposlední řadě je nutné uvažovat i vliv mutace na proces výroby (tzv. rozpustnost) nebo tendenci proteinu agregovat. Nevýhodou současných nástrojů v této oblasti je, že se obvykle zaměřují pouze na vybrané aspekty a neuvažují jejich vzájemnou provázanost.

    Předpokládané cíle disertační práce jsou proto následující:

    • Studium existujících metod pro predikci vlivu mutace na stabilitu proteinu, jeho funkci a rozpustnost.

    • Vývoj nových algoritmů pro predikci pozic proteinu vhodných k mutagenezi zohledňujících celou řadu aspektů (stabilitu, funkci, rozpustnost proteinu, dynamické chování, interakce proteinu s ligandem apod.).

    • Integrace vytvořených algoritmů do existujícího bioinformatického nástroje pro počítačový design proteinů (HotSpot Wizard) a jejich validace na experimentálních biochemických datech.

    V rámci řešení se očekává využití některých z technik strojového učení, umělé inteligence nebo návrhu vhodných heuristik pro prohledávání stavového prostoru s ohledem na biochemické a strukturní vlastnosti proteinů.

    Literatura

    • Bednar, D., Beerens, K., Sebestova, E., Bendl, J., Khare, S., Chaloupkova, R., Prokop, Z., Brezovský, J., Baker, D., Damborsky, J., 2015, PLOS Computational Biology 11: e1004556.

    • Bendl, J., Stourac, J., Sebestova, E., Vavra, O., Musil, M., Brezovsky, J., Damborsky, J., 2016, Nucleic Acids Research doi: 10.1093/nar/gkw416.

    • Sebestova, E., Bendl, J., Brezovsky, J. and Damborsky, J. (2014) Methods Mol. Biol.,1179 291-314.

    Školitel - specialista: Ing. Tomáš Martínek Ph.D.

    Školitel: Zendulka Jaroslav, doc. Ing., CSc.
  59. 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.
  60. Prototypování senzorických systémů multiagentními systémy

    Výstavba senzorických systémů souvisí s výstavbou distribuovaných systémů s vysokou granularitou. Pro podporu jejich správného fungování lze použít metod využívající modelováni a prototypování takových systémů. Pro svoji požadovanou schopnost pohotově a samostatně reagovat na změny snímaných veličin z prostředí, mají senzorové systémy společné rysy s multiagentními systémy. Podstatou práce bude nalézt metodiku pro výstavbu prototypů senzorických systémů s tím, že tyto prototypy budou obsahovat agentní prvky, které budou schopny v rámci sytému sdílet získaná data, provádět jejich agregaci a fúzi, vyhodnocovat je a provádět kolektivní rozhodování. Tyto multiagentní systémy budou tvořeny s využitím stávajících simulačních technik a nástrojů, jako jsou nástroje T-Mass, PN-Agent a další.

    Školitel: Zbořil František, doc. Ing., Ph.D.
  61. 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.
  62. Rozpoznávání obrazu a strojové učení v servisní robotice

    Servisní robotika, jejíž cílem je vytvořit plně nebo částečně autonomní systémy schopné pomáhat lidem v domácnosti, v nemocnicích, na pracovišti apod. s činnostmi, které jsou pro ně obtížné, je jednou z nejrychleji se rozvíjejících oblastí současného výzkumu a vývoje samočinných systémů.

    Cílem disertační práce je výzkum a vývoj vybraných metod pro inteligentní analýzu obrazu, zpracování získané informace, extrakce znalostí pro rozhodnutí o dalších krocích, vyvozování, řízení, případně i spolupráce s dalšími agenty. Práce budou navázany na mezinárodní projekty, na jijichž řešení se školitel podílí.

    Školitel: Smrž Pavel, doc. RNDr., Ph.D.
  63. Rozpoznávání řečníka s využitím obsahu mluvené zprávy

    Současné systémy pro rozpoznávání řečníka se snaží určit totožnost řečníka pouze na základě porovnaní celkové akustické podobnosti zvukových nahrávek, a to bez využití informace o obsahu zprávy řečené v dané promluvě. Intuitivně, znalost takové zprávy a především podrobné informace o tom, kdy bylo které slovo či která hláska v promluvě řečena, by měly být užitečné pro přesnější porovnání nahrávek a zlepšení úspěšnosti systému. Cílem teto práce je navrhnout a experimentálně ověřit techniky umožnující izolovat variabilitu signálu způsobenou obsahem mluvené zprávy a umožnit tak systému lépe se soustředit na variabilitu danou hlasem řečníka. Za tímto účelem bude nutné kombinovat techniky pro rozpoznávání řečníka s technikami pro automatické rozpoznání řeči.

    Školitel: Burget Lukáš, doc. Ing., Ph.D.
  64. 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.
  65. Řízení letu kvadrokoptéry

    Cílem práce bude vytvoření co nejpřesnějšího modelu kvadrokoptéry a následná tvorba a testování algoritmů řízení letu kvadrokoptéry. Jedním z podcílů práce bude vytvořit platformu pro testování řídicích algoritmů pro vysoce nelineární systémy. Dalším podcílem bude vybavit reálnou kvadrokoptéru takovými senzory, které umožní její bezpečný let ve vnějším i vnitřním prostředí.

    Školitel - specialista: Ing. Jaroslav Rozman, Ph.D.

    Školitel: Zbořil František, doc. Ing., CSc.
  66. Simulace dopravy

    Práce je zaměřena na problematiku analýzy, optimalizace a predikce silniční dopravy s využitím simulace. Jedná se o výběr vhodných parametrů dopravního proudu na jednotlivých segmentech dopravní sítě a dopravy jako celku a jejich vyhodnocení. Dále pak o návrh a realizaci simulátoru (mikrosimulační, agentní atd.), který bude možno efektivně implementovat na vhodných výpočetních platformách.

    Předpokládá se využití simulace v praxi pro identifikaci kritických míst a lokálních extrémů v dopravě. Testování simulačním modelu se bude provádět na reálné silniční síti s využitím dopravních dat naměřených senzorickou sítí.

    Existuje možnost zapojení se do práce na grantech s možností stipendia, případně i pracovního poměru.

    Doktorand v prezenční formě studia bude zapojen do výuky podle potřeb ústavu a fakulty.

    Školitel: Fučík Otto, doc. Dr. Ing.
  67. Specializovaný výpočetní systém pro numerické řešení diferenciálních rovnic

    Řešení rozsáhlých soustav diferenciálních rovnic patří stále mezi velmi náročné výpočetní postupy.
    V současné době probíhá výzkum extrémně přesného, stabilního a rychlého numerického řešení soustav obyčejných a parciálních diferenciálních rovnic (výzkum zahrnuje přirozeným způsobem i řešení problémů, které lze na soustavy diferenciálních rovnic převést).
    Výzkum je založen na originálním matematickém postupu využívajícím pro řešení diferenciálních rovnic netradičně metodu Taylorovy řady.
    Metoda Taylorovy řady má velmi příznivé paralelní vlastnosti - mnoho výpočetních operací je vzájemně nezávislých, takže tyto výpočty mohou být prováděny paralelně, nezávisle v oddělených procesorech paralelních výpočetních systémů. Tento paralelní přístup se experimentálně ověřuje.



    Předmětem dizertační práce je výzkum architektur pro efektivní řešení rozsáhlých soustav diferenciálních rovnic. Cílem výzkumu bude návrh specializovaného paralelního výpočetního systému. Důraz bude kladen na důsledné matematické zhodnocení.
    V případě kvalitních výsledků a zodpovědného přístupu je zde možnost získání stipendia.

    Školitel: Kunovský Jiří, doc. Ing., CSc.
  68. Spolehlivostní modely architektur systémů odolných proti poruchám na bázi FPGA

    Možnosti dynamické rekonfigurace FPGA nabízí nové alternativy konstrukce elektronických systémů se zvýšenou spolehlivostí. Lze ji např. použít pro jednoduché zotavení po vzniku chyb v konfigurační paměti FPGA. Existence FPGA poskytuje také nové možnosti v konstrukci systémů odolných proti poruchám.  V souvislosti s budováním systémů odolných proti poruchám je důležité zabývat se spolehlivostními modely těchto architektur, které díky možnostem FPGA mohou potenciálně mít specifické vlastnosti.

    Práce na tématu disertační práce bude představovat tyto činnosti:

    Zabývat se obecnými principy metod pro návrh a implementaci systémů odolných proti poruchám. 

    Zaměřit se na principy metod pro návrh a implementaci systémů odolných proti poruchám do rekonfigurovatelných architektur.

    Zaměřit se na architektury založené na použití kontrolního obvodu pro kontrolu správné funkce navrženého funkčního obvodu různé úrovně (procesor, řadič, ALU, čítač, dekodér).

    Zabývat se úvahami, jejímž výsledkem bude rozhodnutí o granularitě problému (jak velké celky budou kontrolovány s využitím kontrolního obvodu).

    Zaměřit se na principy návrhu systémů odolných proti poruchám založené na využití architektur TMR a duplex. Analyzovat jaký vliv na celkovou spolehlivost má to, pokud podpůrné obvody (voter, srovnávací obvod) konstruujeme jako odolné proti poruchám či nikoliv. Analyzovat další aspekty a dopady využití těchto technik (spotřeba zdrojů FPGA, odběr ze zdroje, ap.) 

    Analyzovat existující spolehlivostní modely, výše uvedené body spojit s návrhem vhodného spolehlivostního modelu.

    Analýzu spolehlivosti automatizovat.

      

    Školitel: Kotásek Zdeněk, doc. Ing., CSc.
  69. Statická analýza a vyhledávání chyb v programech

    Statická analýza postavená na formálních základech je moderním a rychle se rozvíjejícím přístupem k ověřování korektnosti počítačových systémů, resp. pro vyhledávání chyb v nich. Existuje a dále se rozvíjí mnoho přístupů k takové analýze či verifikaci: analýza toku dat, pokročilé typové analýzy, abstraktní interpretace, model checking apod. Značná pozornost je těmto přístupům věnována nejen v akademické oblasti, ale také řadou špičkových velkých průmyslových společností (např. IBM, Microsoft, Google, NEC, Red Hat, Facebook, Amazon apod.) i nově vznikajících spin-off firem (např. Coverity, GrammaTech, MathWorks/AbsInt, Monoidics, DiffBlue apod.). Přes tento zájem univerzit i průmyslových společností je však v oblasti statické analýzy stále zapotřebí vyřešit celou řadu teoretických i praktických problémů. Předmětem disertační práce bude konkrétně rozvoj současného stavu v oblasti statické analýzy zaměřené na programy se složitými řídicími a/nebo datovými strukturami.

    Práce bude řešena ve spolupráci s týmem VeriFIT zabývajícím se na FIT VUT automatizovanou analýzou a verifikací, zejména pak dr. L. Holíkem, doc. A. Rogalewiczem, dr. O. Lengálem, dr. P. Peringerem, Ing. T. Fiedorem, Ing. M. Hruškou. Je zde rovněž možnost úzké spolupráce s různými zahraničními partnery VeriFIT: Uppsala University, Švédsko (prof. P.A. Abdulla, prof. B. Jonsson); Verimag, Grenoble, Francie (dr. R. Iosif), LIAFA, Paříž, Francie (prof. A. Bouajjani, dr. M. Sighireanu), Academia Sinica (prof. Y.-F. Chen) či TU Braunschweig, Německo (prof. R. Meyer). Téma je zajímavé také z pohledu spolupráce s průmyslovými společnostmi, jako jsou Red Hat, Honeywell či DiffBlue.

    V oblasti statické analýzy programů dosáhla skupina VeriFIT mnoha originálních výsledků publikovaných na špičkových konferencích (např. v oblasti analýzy programů s dynamickými datovými strukturami, parametrickými datovými strukturami, či parametrickým počtem procesů). Řada z dosažených výsledků byla implementována v nástrojích (např. Predator či Forester), které získaly řadu ocenění např. na mezinárodní soutěži ve verifikaci software SV-COMP. Konkrétní výzkum v rámci tématu se zaměří na další významné zdokonalení metod, na nichž tyto nástroje stojí, ať už se jedná o techniky založené na automatech, logikách či grafech. Cílem bude mj. umožnit efektivní analýzu programů s více různými typy dat (např. ukazatele a celočíselné proměnné), navhrnou nové techniky analýzy programů s dynamickými datovými strukturami (např. s využitím analýzy založené na šablonách), umožnit efektivní verifikaci konečnosti a nekonečnosti běhu programů, umožnit verifikaci fragmentů kódu, umožnit verifikaci paralelních programů, kde každé jednotlivé vlákno má neomezený stavový prostor či také kombinovat různé (omezené) statické a dynamické analýzy programů za účelem efektivního vyhledávání chyb v nich.

    Školitel: Vojnar Tomáš, prof. Ing., Ph.D.
  70. Sumarizace obsahu videí a video kolekcí

    Téma se zabývá metodami pro analýzu obrazové informace ve videu s cílem charakterizovat obrazový obsah částí videa a vybrat klíčové částí videa, které nejlépe popisují celkový obsah videa. Výběr částí videa závisí na parametrech úlohy a určuje způsob sumarizace, jedná-li se o optimalizaci časovou (sumarizace), prostorovu (synopse) nebo kombinace obou přístupů. 
    Mezi zkoumané postupy může patřit:
    • detekce a klasifikace aktivity ve videu,
    • optimalizace výsledného sumarizovaného videa v časové i prostorové doméně,
    • sumarizace rozsáhlé video kolekce,
    • indexace rozsáhlé video kolekce,
    • využití strojového učení pro automatické nalezení parametrů sumarizačních metod.
    Je možnost spolupráce i na grantových projektech, zejména na nově přijatých evropských i národních projektech (možnost stipendia či pracovního poměru).

    Školitel: Beran Vítězslav, Ing., Ph.D.
  71. Syntéza stochastických modelů

    Syntéza programů a výpočetních modelů patří mezi moderní a rychle se rozvíjející oblast formálních metod. Cílem syntézy je automatizované nalezení programu či matematického modelu, který splňuje požadované chování specifikované vhodným způsobem. Výzkumu efektivních metod syntézy je v současnosti věnována značná pozornost v oblastech formální verifikace, návrhu a implementace programovacích jazyků, umělé inteligence a systémové biologie, o čemž svědčí zaměření řady špičkových konferencí (např. CAV, POPL, PLDI či CMSB). Syntézou programů a modelů se rovněž zabývá řada velkých projektů na špičkových universitách a výzkumných institucích (např. Berkeley University či Microsoft Research).

    Předmětem disertační práce bude zejména návrh metod pro syntézu stochastických modelů, které poskytují vhodnou abstrakci při návrhu a analýze počítačových systémů a komunikačních protokolů. Stochastické modely se rovněž často používají pro popis a analýzu řady biochemických procesů. Konkrétní výzkum v rámci tématu se zaměří na syntézu pomocí skeče, převod problému syntézy na řešení instancí SAT/SMT problémů a evoluci programů/modelů pomocí genetického programování. Tyto techniky byly úspěšně použity při syntéze deterministických programů/modelů, ale jejich efektivní aplikace na syntézu stochastických modelů vyžaduje řešení celé řady teoretických i praktických problémů, spojených zejména s nutností syntetizovat kinetické parametry modelů a s výpočetně náročnějšími metodami dovolujícími ohodnotit kvalitu kandidátních modelů. Klíčovou vlastností navrhovaných metod je, vzhledem k velikosti programu/modelu a vzhledem ke složitosti specifikace jeho chování, jejich škálovatelnost. Proto bude předmětem disertační práce rovněž výzkum efektivních metod pro kvantitativní analýzu zahrnující abstrakci a agregaci stochastických modelů, časovou separaci přechodů či návrh efektivních metod pro hodnocení kandidátních řešení. Součástí výzkumu bude také možnost přibližného a/nebo masivně paralelního řešení uvedených problémů.

    Práce bude řešena ve spolupráci s týmem VeriFIT (zejména s dr. M. Češkou jr. v roli školitele specialisty), který se zabývá automatizovanou analýzou a verifikací počítačových systémů, jež je jedním z přirozených předstupňů pro automatickou syntézu, a rovněž se skupinou prof. L. Sekaniny, který se zabývá evolučními algoritmy a genetickým programováním. Tyto výzkumné týmy dosáhly mnoha originálních výsledků v oblasti různých aplikací formální technik (jež mohou být použity jako výhodný startovací bod pro vývoj nových technik hodnocení kandidátních řešení) i v oblasti evolučního řešení problémů. Dále se počítá s úzkou spoluprací se skupinou prof. M. Kwiatkowské z Oxford University, jež patří mezi nejlepší vědecké týmy v dané oblasti.

    Některé publikace související s tématem -- další viz níže:

    • A. Abate, L. Brim, M. Ceska and M. Kwiatkowska. Adaptive Aggregation of Markov Chains: Quantitative Analysis of Chemica Reaction Networks. Proc. of CAV 2015.
    • M. Ceska, F. Dannenberg, M. Kwiatkowska, N. Paoletti. Precise Parameter Synthesis for Stochastic Biochemical Systems. Proc. of CMSB 2014.
    • M. Ceska, D. Safranek, S. Drazan, L. Brim. Robustness Analysis of Stochastic Biochemical Systems. PloS ONE, 2014.
    • L. Brim, M. Ceska, D. Safranek. Model Checking of Biological Systems. Proc. of SFM 2013.

    Školitel: Vojnar Tomáš, prof. Ing., Ph.D.
  72. Systém pro detekci a zotavení po nestálých poruchách v systémech na bázi FPGA

    Popis řešeného problému:

    Většina diagnostických systémů řeší především problém detekce trvalých poruch. Znamená to, že podpůrné technické a programové prostředky jsou konstruovány tak, že předpokládají existenci jediné trvalé poruchy. Pokud se porucha objeví, tak je odhalena prostředky pro periodickou či průběžnou diagnostiku. Jiný typ poruch představují poruchy nestálé (přechodné), tzn. takové, které existují pouze krátkou dobu a není možné je odhalit prostředky vybudovanými pro odhalování trvalých poruch. Cílem činností v rámci tohoto tématu disertační práce bude vypracování a implementace metodiky pro detekci, statistiku a zotavení po těchto poruchách v systémech na bázi FPGA.

    Další informace k tématu:

    V systémech na bázi FPGA jsou podpůrné diagnostické prostředky budovány tak, aby detekovaly trvalé poruchy, lokalizovaly je a zajistily zotavení po poruše. Systémy na bázi FPGA však nabízejí alternativu, jak je učinit autonomně testovatelné tak, aby detekovaly poruchy přechodné, které sice existují pouze krátkou dobu, spolehlivost systému jako celku však mohou výrazně ovlivnit obzvlášť tehdy, pokud se projevují opakovaně.

    Prostředky pro autonomní detekci přechodných poruch mohou být navrženy pro různé úrovně: CLB, konkrétní funkci, větší funkční či logický celek. Určité možnosti nabízí také kontrola propojovacích prostředků. Následná rekonfigurace se pak může zaměřit na takto detekovanou nefunkční část. Součástí těchto prací budou úvahy o možnosti tvorby testů, které by v intervalech nečinnosti aplikovaly testy cíleně zaměřené na detekci nestálých poruch (na základě zkušeností získaných s typy nestálých poruch a jejich projevem v konkrétní aplikaci). 

    Tým zaměstnanců a doktorandů na ÚPSY dlouhodobě pracuje v oblasti návrhu systémů odolných proti poruchám.

    Školitel: Kotásek Zdeněk, doc. Ing., CSc.
  73. Transformace modelů pro formální jazyky

    Řešení tohoto projektu bude vycházet ze stávajících poznatků o moderních formálních modelech, které se používají v teorii jazyků. Teoretický výzkum těchto modelů bude diskutovat užitečné transformace těchto modelů, jako např. eliminace vymazávajících pravidel či redukce velikosti jejich komponent. Výzkum aplikací takto transformovaných modelů se bude soustředit na oblasti informatiky související s překladači, matematickou lingvistikou a molekulární biologií.

    Školitel: Meduna Alexandr, prof. RNDr., CSc.
  74. Tvorba Bayesovských sítí a jejich aplikace

    Tématem disertační práce bude problematika Bayesovských sítí. Postup práce by měl být následující:

    • Studium současného stavu problematiky se zaměřením na tvorbu Bayesovských sítí.
    • Návrh prostředku pro podporu tvorby těchto sítí.
    • Návrh a implementace inferenčních mechanizmů.
    • Výběr vhodných netriviálních aplikací.

    Školitel: Zbořil František, doc. Ing., CSc.
  75. Typová inference pro netypované/dynamické programovací jazyky

    • Studujte formální typové systémy pro lambda kalkul, sigma kalkul, Haskell apod.
    • Studujte různé přístupy pro automatické odvození typů - Hindley-Milner, kartézský součin, dále z nich odvozené a speciální.
    • Zvolte vhodný existující netypovaný/dynamický programovací jazyk a navrhněte pro něj formální typový systém a algoritmus automatického typového odvození s cílem získat co nejpřesnější a jedinečné typy za účelem převodu do jazyka typovaného.
    • Navrhněte způsob překladu zvoleného celého jazyka i se systémem knihoven, který se k němu váže.
    • Implementačně ověřte vybrané možnosti.
    • Z interní grantové agentury je možné získat jak mimořádné stipendium, tak další podporu.

    Školitel: Kolář Dušan, doc. Dr. Ing.
  76. Uživatelská rozhraní s využitím bezkontaktních technologií

    Jedná se o projekt zaměřený na tvorbu uživatelských rozhraní založených na bezkontaktních technologiích, jako jsou například kamerou zjišťované pohyby těla, nebo technologie typu "Leap motion", "Kinect" a podobné. Alternativně je možno se zabývat i dalšími aspekty interakce člověka s robotickými systémy. Je možno se orientovat například na jeden z následujících užších problémů:

    • monitorování a rozpoznávání pohybu částí lidského těla a interpretace takového pohybu pro uživatelská rozhraní a aplikace.
    • Příprava moderních aplikací s využitím existujících prostředků interakce některého založených na některém z výše uvedených principů.

    Je možnost spolupráce i na grantových projektech, zejména na nově přijatých evropských i národních projektech (možnost stipendia či pracovního poměru).

    Školitel: Beran Vítězslav, Ing., Ph.D.
  77. Uživatelská zkušenost a moderní uživatelská rozhraní

    • Studium a návrh pokročilých webových a mobilních uživatelských rozhraní.
    • Validace, optimalizace a uživatelské testování webových a mobilních uživatelských rozhraní.
    • Statistické zpracování dat získaných na lidských respondentech / uživatelích.
    • Návrh, vývoj a nasazení prakticky použitelného webového a/nebo mobilního systému / uživatelského rozhraní.

    Školitel: Herout Adam, prof. Ing., Ph.D.
  78. Vizuální geo-lokalizace na mobilních zařízeních

    Projekt se zabývá geo-lokalizací mobilních zařízení v neznámém prostředí pomocí metod počítačového vidění a počítačové grafiky. Hlavním cílem je výzkum a návrh nových metod registrace obrazu s geo-lokalizovanou obrazovou databází nebo s 3D modelem terénu. Cílem je též implementace navržených metod na mobilních zařízeních a hledání jejich dalších aplikací např. v oblastech zpracování obrazu, výpočetní fotografie a rozšířené reality.


    Školitel: Čadík Martin, doc. Ing., Ph.D.
  79. Využití aproximativního počítání v oblasti zpracování videa

    Aproximativní počítání (approximate computing) je nová a bouřlivě se rozvíjející výzkumná oblast v rámci které jsou hledány alternativní (typicky nízkopříkonové) implementace nejen základních stavebních komponent jako jsou např. sčítačky a násobičky, ale také komplexních obvodových celků. Aproximace obvodů používaných v oblasti zpracování multimediálních dat patří díky vysoké rezistenci multimediálních aplikací vůči chybám a možnosti dosažení značné úspory energie mezi jeden z nejvyhledávanějších cílů.

    Cílem disertační práce bude zkoumat možnosti aproximace obvodové implementace nově vzniklého video kodeku H.265 (označováného jako HEVC), jehož nasazení je plánováno např. ve standardu DVBT2. V rámci disertační práce se student bude zabývat optimalizací kodeku HEVC z pohledu příkonu s využitím technik aproximativního počítání. Problém spočívá ve vytipování vhodných částí kodeku a navržení způsobu jejich aproximace. Nabízí se též možnost kombinovat různé aproximované komponenty a hledat nejvhodnější kompromis z pohledu příkon versus kvalita.

    Výzkum spadá to témat řešených výzkumnou skupinou Evolvable Hardware.

    Školitel: Vašíček Zdeněk, Ing., Ph.D.
  80. Využití moderních GPU pro obecné výpočty

    Moderní GPU nabízejí možnosti zásadního zrychlení výpočtů pomocí jejich paralelizace. Grafické karty Nvidia řady 8xxx a architektura CUDA navíc přinášejí relativní nezávislost na použití v čistě grafických úlohách. Mluví se o tzv. GPGPU (General Purpose GPU).

    Cílem disertační práce je výzkum možností paralelizace výpočetně náročných úloh, které je možné převést na GPU. V rámci řešení by měla vzniknout obecná metodika umožňující odhad možného zrychlení výpočtu, případně charakterizující rozsah omezení daných použitou architekturou GPU. Výsledky budou demonstrovány na vybraných problémech zahrnujících časově náročné výpočty.

    Školitel: Smrž Pavel, doc. RNDr., Ph.D.
  81. Využití pokročilých metod pro bezpečnostní analýzu logovacích informací

    Logování událostí síťových zařízení i aplikací je důležitým zdrojem dat pro správu sítě. Většina profesionálních SIEM systémů získává logovací soubory z mnoha síťových zařízení a služeb. Pro zpracování se často využívá hledání řetězců (pattern-based monitoring) či vyhledávání dotazacími jazyky typu SQL. Toto je však problematické u rozsáhlých souborů, kdy hledání jednotlivých informací a jejich korelace nemůže být řešena manuálně.

    Jedním z přístupů pro hledání bezpečnostních incidentů na základě logovacích informací, je rekonstrukce pomocí temporální logiky a jazyka EPL (Event Processing Language). Pomocí temporální logiky je možné popsat chování známých útoků, které je pak možné převést do jazyka EPL a aplikovat nad soubory s logovacími informacemi.

    Cílem tématu je prozkoumat možnost využití temporální logiky pro bezpečnostní analýzu logovacích souborů, navrhnout systém pro testování formulí popisujících útoky nad logacími daty a ověřit jeho funkčnost na běžných zdrojích logovacích záznamů.

    Téma je součástí projektu bezpečnostního výzkumu MV Tarzan.

    Školitel: Matoušek Petr, Ing., Ph.D.
  82. Výzkum komunikační infrastruktury pro inteligentní budovy nebo vozidla

    Řešení tohoto projektu je založeno na rostoucím významu inteligentních budov a potřebnosti komunikační infrastruktury pro jednotlivé komponenty inteligentních autonomních systémů v budovách. Při výzkumu tématu bude především kladena pozornost na bezdrátové sítě pro komunikaci. Odolnost a bezpečnost těchto sítí jak proti náhodných výpadkům, tak proti úmyslným útokům je nepřehlédnutelným požadavkem při využívání inteligentních budov. Řešení by se mělo soustředit jak na studium a návrh odolných sítí, tak i kvantifikaci odolnosti a analýzu možných následků různých nehod, nebo útoků.

    Alternativně se téma může zabývat bezpečnosti komunikační infrastruktury pro inteligentní vozidla.
     

     

    Školitel: Hanáček Petr, doc. Dr. Ing.

Struktura předmětů s uvedením ECTS kreditů (studijní plán)

Studijní plán oboru není zatím pro tento rok vygenerován.