Toward Understanding Human Expression in Human-Robot Interaction

Intelligent devices are quickly becoming necessities to support our activities during both work and play. We are already bound in a symbiotic relationship with these devices. An unfortunate effect of the pervasiveness of intelligent devices is the substantial investment of our time and effort to communicate intent. Even though our increasing reliance on these intelligent devices is inevitable, the limits of conventional methods for devices to perceive human expression hinders communication efficiency. These constraints restrict the usefulness of intelligent devices to support our activities. Our communication time and effort must be minimized to leverage the benefits of intelligent devices and seamlessly integrate them into society. Minimizing the time and effort needed to communicate our intent will allow us to concentrate on tasks in which we excel, including creative thought and problem solving. An intuitive method to minimize human communication effort with intelligent devices is to take advantage of our existing interpersonal communication experience. Recent advances in speech, hand gesture, and facial expression recognition provide alternate viable modes of communication that are more natural than conventional tactile interfaces. Use of natural human communication eliminates the need to adapt and invest time and effort using less intuitive techniques required for traditional keyboard and mouse based interfaces. Although the state of the art in natural but isolated modes of communication achieves impressive results, significant hurdles must be conquered before communication with devices in our daily lives will feel natural and effortless. Research has shown that combining information between multiple noise-prone modalities improves accuracy. Leveraging this complementary and redundant content will improve communication robustness and relax current unimodal limitations. This research presents and evaluates a novel multimodal framework to help reduce the total human effort and time required to communicate with intelligent devices. This reduction is realized by determining human intent using a knowledge-based architecture that combines and leverages conflicting information available across multiple natural communication modes and modalities. The effectiveness of this approach is demonstrated using dynamic hand gestures and simple facial expressions characterizing basic emotions. It is important to note that the framework is not restricted to these two forms of communication. The framework presented in this research provides the flexibility necessary to include additional or alternate modalities and channels of information in future research, including improving the robustness of speech understanding. The primary contributions of this research include the leveraging of conflicts in a closed-loop multimodal framework, explicit use of uncertainty in knowledge representation and reasoning across multiple modalities, and a flexible approach for leveraging domain specific knowledge to help understand multimodal human expression. Experiments using a manually defined knowledge base demonstrate an improved average accuracy of individual concepts and an improved average accuracy of overall intents when leveraging conflicts as compared to an open-loop approach

Supply Chain

Traditionally supply chain management has meant factories, assembly lines, warehouses, transportation vehicles, and time sheets. Modern supply chain management is a highly complex, multidimensional problem set with virtually endless number of variables for optimization. An Internet enabled supply chain may have just-in-time delivery, precise inventory visibility, and up-to-the-minute distribution-tracking capabilities. Technology advances have enabled supply chains to become strategic weapons that can help avoid disasters, lower costs, and make money. From internal enterprise processes to external business transactions with suppliers, transporters, channels and end-users marks the wide range of challenges researchers have to handle. The aim of this book is at revealing and illustrating this diversity in terms of scientific and theoretical fundamentals, prevailing concepts as well as current practical applications

Machine learning-based automated segmentation with a feedback loop for 3D synchrotron micro-CT

Die Entwicklung von Synchrotronlichtquellen der dritten Generation hat die Grundlage für die Untersuchung der 3D-Struktur opaker Proben mit einer Auflösung im Mikrometerbereich und höher geschaffen. Dies führte zur Entwicklung der Röntgen-Synchrotron-Mikro-Computertomographie, welche die Schaffung von Bildgebungseinrichtungen zur Untersuchung von Proben verschiedenster Art förderte, z.B. von Modellorganismen, um die Physiologie komplexer lebender Systeme besser zu verstehen. Die Entwicklung moderner Steuerungssysteme und Robotik ermöglichte die vollständige Automatisierung der Röntgenbildgebungsexperimente und die Kalibrierung der Parameter des Versuchsaufbaus während des Betriebs. Die Weiterentwicklung der digitalen Detektorsysteme führte zu Verbesserungen der Auflösung, des Dynamikbereichs, der Empfindlichkeit und anderer wesentlicher Eigenschaften. Diese Verbesserungen führten zu einer beträchtlichen Steigerung des Durchsatzes des Bildgebungsprozesses, aber auf der anderen Seite begannen die Experimente eine wesentlich größere Datenmenge von bis zu Dutzenden von Terabyte zu generieren, welche anschließend manuell verarbeitet wurden. Somit ebneten diese technischen Fortschritte den Weg für die Durchführung effizienterer Hochdurchsatzexperimente zur Untersuchung einer großen Anzahl von Proben, welche Datensätze von besserer Qualität produzierten. In der wissenschaftlichen Gemeinschaft besteht daher ein hoher Bedarf an einem effizienten, automatisierten Workflow für die Röntgendatenanalyse, welcher eine solche Datenlast bewältigen und wertvolle Erkenntnisse für die Fachexperten liefern kann. Die bestehenden Lösungen für einen solchen Workflow sind nicht direkt auf Hochdurchsatzexperimente anwendbar, da sie für Ad-hoc-Szenarien im Bereich der medizinischen Bildgebung entwickelt wurden. Daher sind sie nicht für Hochdurchsatzdatenströme optimiert und auch nicht in der Lage, die hierarchische Beschaffenheit von Proben zu nutzen. Die wichtigsten Beiträge der vorliegenden Arbeit sind ein neuer automatisierter Analyse-Workflow, der für die effiziente Verarbeitung heterogener Röntgendatensätze hierarchischer Natur geeignet ist. Der entwickelte Workflow basiert auf verbesserten Methoden zur Datenvorverarbeitung, Registrierung, Lokalisierung und Segmentierung. Jede Phase eines Arbeitsablaufs, die eine Trainingsphase beinhaltet, kann automatisch feinabgestimmt werden, um die besten Hyperparameter für den spezifischen Datensatz zu finden. Für die Analyse von Faserstrukturen in Proben wurde eine neue, hochgradig parallelisierbare 3D-Orientierungsanalysemethode entwickelt, die auf einem neuartigen Konzept der emittierenden Strahlen basiert und eine präzisere morphologische Analyse ermöglicht. Alle entwickelten Methoden wurden gründlich an synthetischen Datensätzen validiert, um ihre Anwendbarkeit unter verschiedenen Abbildungsbedingungen quantitativ zu bewerten. Es wurde gezeigt, dass der Workflow in der Lage ist, eine Reihe von Datensätzen ähnlicher Art zu verarbeiten. Darüber hinaus werden die effizienten CPU/GPU-Implementierungen des entwickelten Workflows und der Methoden vorgestellt und der Gemeinschaft als Module für die Sprache Python zur Verfügung gestellt. Der entwickelte automatisierte Analyse-Workflow wurde erfolgreich für Mikro-CT-Datensätze angewandt, die in Hochdurchsatzröntgenexperimenten im Bereich der Entwicklungsbiologie und Materialwissenschaft gewonnen wurden. Insbesondere wurde dieser Arbeitsablauf für die Analyse der Medaka-Fisch-Datensätze angewandt, was eine automatisierte Segmentierung und anschließende morphologische Analyse von Gehirn, Leber, Kopfnephronen und Herz ermöglichte. Darüber hinaus wurde die entwickelte Methode der 3D-Orientierungsanalyse bei der morphologischen Analyse von Polymergerüst-Datensätzen eingesetzt, um einen Herstellungsprozess in Richtung wünschenswerter Eigenschaften zu lenken

Proceedings of the First Karlsruhe Service Summit Workshop - Advances in Service Research, Karlsruhe, Germany, February 2015 (KIT Scientific Reports ; 7692)

Since April 2008 KSRI fosters interdisciplinary research in order to support and advance the progress in the service domain. KSRI brings together academia and industry while serving as a European research hub with respect to service science. For KSS2015 Research Workshop, we invited submissions of theoretical and empirical research dealing with the relevant topics in the context of services including energy, mobility, health care, social collaboration, and web technologies

A comparison of the CAR and DAGAR spatial random effects models with an application to diabetics rate estimation in Belgium

When hierarchically modelling an epidemiological phenomenon on a finite collection of sites in space, one must always take a latent spatial effect into account in order to capture the correlation structure that links the phenomenon to the territory. In this work, we compare two autoregressive spatial models that can be used for this purpose: the classical CAR model and the more recent DAGAR model. Differently from the former, the latter has a desirable property: its ρ parameter can be naturally interpreted as the average neighbor pair correlation and, in addition, this parameter can be directly estimated when the effect is modelled using a DAGAR rather than a CAR structure. As an application, we model the diabetics rate in Belgium in 2014 and show the adequacy of these models in predicting the response variable when no covariates are available