Proceedings of the 35th WIC Symposium on Information Theory in the Benelux and the 4th joint WIC/IEEE Symposium on Information Theory and Signal Processing in the Benelux, Eindhoven, the Netherlands May 12-13, 2014

Compressive sensing (CS) as an approach for data acquisition has recently received much attention. In CS, the signal recovery problem from the observed data requires the solution of a sparse vector from an underdetermined system of equations. The underlying sparse signal recovery problem is quite general with many applications and is the focus of this talk. The main emphasis will be on Bayesian approaches for sparse signal recovery. We will examine sparse priors such as the super-Gaussian and student-t priors and appropriate MAP estimation methods. In particular, re-weighted l2 and re-weighted l1 methods developed to solve the optimization problem will be discussed. The talk will also examine a hierarchical Bayesian framework and then study in detail an empirical Bayesian method, the Sparse Bayesian Learning (SBL) method. If time permits, we will also discuss Bayesian methods for sparse recovery problems with structure; Intra-vector correlation in the context of the block sparse model and inter-vector correlation in the context of the multiple measurement vector problem

Point Cloud Processing for Environmental Analysis in Autonomous Driving using Deep Learning

Autonomous self-driving cars need a very precise perception system of their environment, working for every conceivable scenario. Therefore, different kinds of sensor types, such as lidar scanners, are in use. This thesis contributes highly efficient algorithms for 3D object recognition to the scientific community. It provides a Deep Neural Network with specific layers and a novel loss to safely localize and estimate the orientation of objects from point clouds originating from lidar sensors. First, a single-shot 3D object detector is developed that outputs dense predictions in only one forward pass. Next, this detector is refined by fusing complementary semantic features from cameras and joint probabilistic tracking to stabilize predictions and filter outliers. The last part presents an evaluation of data from automotive-grade lidar scanners. A Generative Adversarial Network is also being developed as an alternative for target-specific artificial data generation.One of the main objectives of leading automotive companies is autonomous self-driving cars. They need a very precise perception system of their environment, working for every conceivable scenario. Therefore, different kinds of sensor types are in use. Besides cameras, lidar scanners became very important. The development in that field is significant for future applications and system integration because lidar offers a more accurate depth representation, independent from environmental illumination. Especially algorithms and machine learning approaches, including Deep Learning and Artificial Intelligence based on raw laser scanner data, are very important due to the long range and three-dimensional resolution of the measured point clouds. Consequently, a broad field of research with many challenges and unsolved tasks has been established. This thesis aims to address this deficit and contribute highly efficient algorithms for 3D object recognition to the scientific community. It provides a Deep Neural Network with specific layers and a novel loss to safely localize and estimate the orientation of objects from point clouds. First, a single shot 3D object detector is developed that outputs dense predictions in only one forward pass. Next, this detector is refined by fusing complementary semantic features from cameras and a joint probabilistic tracking to stabilize predictions and filter outliers. In the last part, a concept for deployment into an existing test vehicle focuses on the semi-automated generation of a suitable dataset. Subsequently, an evaluation of data from automotive-grade lidar scanners is presented. A Generative Adversarial Network is also being developed as an alternative for target-specific artificial data generation. Experiments on the acquired application-specific and benchmark datasets show that the presented methods compete with a variety of state-of-the-art algorithms while being trimmed down to efficiency for use in self-driving cars. Furthermore, they include an extensive set of standard evaluation metrics and results to form a solid baseline for future research.Eines der Hauptziele führender Automobilhersteller sind autonome Fahrzeuge. Sie benötigen ein sehr präzises System für die Wahrnehmung der Umgebung, dass für jedes denkbare Szenario überall auf der Welt funktioniert. Daher sind verschiedene Arten von Sensoren im Einsatz, sodass neben Kameras u. a. auch Lidar Sensoren ein wichtiger Bestandteil sind. Die Entwicklung auf diesem Gebiet ist für künftige Anwendungen von höchster Bedeutung, da Lidare eine genauere, von der Umgebungsbeleuchtung unabhängige, Tiefendarstellung bieten. Insbesondere Algorithmen und maschinelle Lernansätze wie Deep Learning, die Rohdaten über Lernzprozesse direkt verarbeiten können, sind aufgrund der großen Reichweite und der dreidimensionalen Auflösung der gemessenen Punktwolken sehr wichtig. Somit hat sich ein weites Forschungsfeld mit vielen Herausforderungen und ungelösten Problemen etabliert. Diese Arbeit zielt darauf ab, dieses Defizit zu verringern und effiziente Algorithmen zur 3D-Objekterkennung zu entwickeln. Sie stellt ein tiefes Neuronales Netzwerk mit spezifischen Schichten und einer neuartigen Fehlerfunktion zur sicheren Lokalisierung und Schätzung der Orientierung von Objekten aus Punktwolken bereit. Zunächst wird ein 3D-Detektor entwickelt, der in nur einem Vorwärtsdurchlauf aus einer Punktwolke alle Objekte detektiert. Anschließend wird dieser Detektor durch die Fusion von komplementären semantischen Merkmalen aus Kamerabildern und einem gemeinsamen probabilistischen Tracking verfeinert, um die Detektionen zu stabilisieren und Ausreißer zu filtern. Im letzten Teil wird ein Konzept für den Einsatz in einem bestehenden Testfahrzeug vorgestellt, das sich auf die halbautomatische Generierung eines geeigneten Datensatzes konzentriert. Hierbei wird eine Auswertung auf Daten von Automotive-Lidaren vorgestellt. Als Alternative zur zielgerichteten künstlichen Datengenerierung wird ein weiteres generatives Neuronales Netzwerk untersucht. Experimente mit den erzeugten anwendungsspezifischen- und Benchmark-Datensätzen zeigen, dass sich die vorgestellten Methoden mit dem Stand der Technik messen können und gleichzeitig auf Effizienz für den Einsatz in selbstfahrenden Autos optimiert sind. Darüber hinaus enthalten sie einen umfangreichen Satz an Evaluierungsmetriken und -ergebnissen, die eine solide Grundlage für die zukünftige Forschung bilden

Smart Sensor Technologies for IoT

The recent development in wireless networks and devices has led to novel services that will utilize wireless communication on a new level. Much effort and resources have been dedicated to establishing new communication networks that will support machine-to-machine communication and the Internet of Things (IoT). In these systems, various smart and sensory devices are deployed and connected, enabling large amounts of data to be streamed. Smart services represent new trends in mobile services, i.e., a completely new spectrum of context-aware, personalized, and intelligent services and applications. A variety of existing services utilize information about the position of the user or mobile device. The position of mobile devices is often achieved using the Global Navigation Satellite System (GNSS) chips that are integrated into all modern mobile devices (smartphones). However, GNSS is not always a reliable source of position estimates due to multipath propagation and signal blockage. Moreover, integrating GNSS chips into all devices might have a negative impact on the battery life of future IoT applications. Therefore, alternative solutions to position estimation should be investigated and implemented in IoT applications. This Special Issue, “Smart Sensor Technologies for IoT” aims to report on some of the recent research efforts on this increasingly important topic. The twelve accepted papers in this issue cover various aspects of Smart Sensor Technologies for IoT

Proceedings of the 2009 Joint Workshop of Fraunhofer IOSB and Institute for Anthropomatics, Vision and Fusion Laboratory

The joint workshop of the Fraunhofer Institute of Optronics, System Technologies and Image Exploitation IOSB, Karlsruhe, and the Vision and Fusion Laboratory (Institute for Anthropomatics, Karlsruhe Institute of Technology (KIT)), is organized annually since 2005 with the aim to report on the latest research and development findings of the doctoral students of both institutions. This book provides a collection of 16 technical reports on the research results presented on the 2009 workshop

Improvement of detection and tracking techniques in multistatic passive radar systems. (Mejora de técnicas de detección y seguimiento en sistemas radar pasivos multiestáticos)

Esta tesis doctoral es el resultado de una intensa actividad investigadora centrada en los sensores radar pasivos para la mejora de las capacidades de detección y seguimiento en escenarios complejos con blancos terrestres y pequeños drones. El trabajo de investigación se ha llevado a cabo en el grupo de investigación coordinado por la Dra. María Pilar Jarabo Amores, dentro del marco diferentes proyectos: IDEPAR (“Improved DEtection techniques for PAssive Radars”), MASTERSAT (“MultichAnnel paSsive radar receiver exploiting TERrestrial and SATellite Illuminators”) y KRIPTON (“A Knowledge based appRoach to passIve radar detection using wideband sPace adapTive prOcessiNg”) financiados por el Ministerio de Economía y Competitividad de España; MAPIS (Multichannel passive ISAR imaging for military applications) y JAMPAR (“JAMmer-based PAssive Radar”), financiados por la Agencia Europea de Defensa (EDA) . El objetivo principal es la mejora de las técnicas de detección y seguimiento en radares pasivos con configuraciones biestáticas y multiestaticas. En el documento se desarrollan algoritmos para el aprovechamiento de señales procedentes de distintos iluminadores de oportunidad (transmisores DVB-T, satélites DVB-S y señales GPS). Las soluciones propuestas han sido integradas en el demostrador tecnológico IDEPAR, desarrollado y actualizado bajo los proyectos mencionados, y validadas en escenarios reales declarados de interés por potenciales usuarios finales (Direccion general de armamento y material, instituto nacional de tecnología aeroespacial y la armada española). Para el desarrollo y evaluación de cadenas de las cadenas de procesado, se plantean dos casos de estudio: blancos terrestres en escenarios semiurbanos edificios y pequeños blancos aéreos en escenarios rurales y costeros. Las principales contribuciones se pueden resumir en los siguientes puntos: • Diseño de técnicas de seguimiento 2D en el espacio de trabajo rango biestático-frecuencia Doppler: se desarrollan técnicas de seguimiento para los dos casos de estudio, localización de blancos terrestres y pequeños drones. Para es último se implementan técnicas capaces de seguir tanto el movimiento del dron como su firma Doppler, lo que permite implementar técnicas de clasificación de blancos. • Diseño de técnicas de seguimiento de blancos capaces de integrar información en el espacio 3D (rango, Doppler y acimut): se diseñan técnicas basadas en procesado en dos etapas, una primera con seguimiento en 2D para el filtrado de falsas alarmas y la segunda para el seguimiento en 3D y la conversión de coordenadas a un plano local cartesiano. Se comparan soluciones basadas en filtros de Kalman para sistemas tanto lineales como no lineales. • Diseño de cadenas de procesado para sistemas multiestáticos: la información estimada del blanco sobre múltiples geometrías biestáticas es utilizada para incremento de las capacidades de localización del blanco en el plano cartesiano local. Se presentan soluciones basadas en filtros de Kalman para sistemas no lineales explotando diferentes medidas biestáticas en el proceso de transformación de coordenadas, analizando las mejoras de precisión en la localización del blanco. • Diseño de etapas de procesado para radares pasivos basados en señales satelitales de las constelaciones GPS DVB-S. Se estudian las características de las señales satelitales identificando sus inconvenientes y proponiendo cadenas de procesado que permitan su utilización para la detección y seguimiento de blancos terrestres. • Estudio del uso de señales DVB-T multicanal con gaps de transmisión entre los diferentes canales en sistemas radares pasivos. Con ello se incrementa la resolución del sistema, y las capacidades de detección, seguimiento y localización. Se estudia el modelo de señal multicanal, sus efectos sobre el procesado coherente y se proponen cadenas de procesado para paliar los efectos adversos de este tipo de señales