Kurs 4.2
Die Theorie der Information

Wie aus Daten Bilder werden

Zur Akademie Wolfsberg 2022-4
30.06. - 16.07.2022

Information ist ein allgegenwärtiger Begriff: Jeder hat ein Gefühl dafür, was es heißt Informationen zu bekommen, mehr Informationen zu haben als jemand anderes und aus Informationen zu lernen.

Informationstheorie definiert Information auf eine scharfe mathematische Art und Weise, kann alle wesentlichen Aspekte des Sprachgebrauchs abbilden und ermöglicht es darüber hinaus, Informationen in Bits zu messen.

Der Kurs führt zunächst in die Informationstheorie und die bayessche Wahrscheinlichkeitsrechnung ein. Mithilfe dieser Sichtweise erklärt der Kurs, was es heißt durch Informationen zu lernen und was es in diesen Kontext bedeutet „optimal“ zu lernen.

Als Anwendung dieser Theorie beschäftigt sich der Kurs mit bildgebenden Verfahren von wissenschaftlichen Messgeräten, wie etwa Computertomographen (CT) oder Radioteleskopen. Anders als herkömmliche Kameras, vermessen diese Instrumente das aufzunehmende Objekt nur sehr indirekt.

Für die meisten dieser Anwendungen ist es nicht möglich „optimal“ aus den Messdaten zu Lernen, weshalb Näherungslösungen benutzt werden müssen. Hierfür vermittelt der Kurs Grundlagen in Linearer Algebra und Analysis. Im Kurs erarbeiten sich die Teilnehmenden in Gruppenarbeit am Computer, solche Näherungslösungen zu berechnen.

Das Kursziel ist es, dass die Teilnehmenden selbständig ein bildgebendes Verfahren für ein Messinstrument in Python schreiben, um damit ein aus den Rohdaten eines CT-Scans oder den Radioteleskopdaten vom Schwarzen Loch M87* [siehe Abbildung] ein Bild zu rekonstruieren.

Im Vorfeld der Akademie soll ein Vortrag vorbereitet werden mit hierzu bereitgestellter passender Literatur. Zusätzlich wird vorab Material zur Verfügung gestellt anhand dessen sich Teilnehmende mit der Programmiersprache Python vertraut machen sollen.

Schwarzes Loch M87*. (Quelle: Event Horizon Telescope, CC BY 4.0, via Wikimedia Commons)

Die Kursleitung