Corridor Navigation for Monocular Vision Mobile Robots

Monocular vision robots use a single camera to process information about its environment. By analyzing this scene, the robot can determine the best navigation direction. Many modern approaches to robot hallway navigation involve using a plethora of sensors to detect certain features in the environment. This can be laser range finders, inertial measurement units, motor encoders, and cameras. By combining all these sensors, there is unused data which could be useful for navigation. To draw back and develop a baseline approach, this thesis explores the reliability and capability of solely using a camera for navigation. The basic navigation structure begins by taking frames from the camera and breaking them down to find the most prominent lines. The location where these lines intersect determine the forward direction to drive the robot. To improve the accuracy of navigation, algorithm improvements and additional features from the camera frames are used. This includes line intersection weighting to reduce noise from extraneous lines, floor segmentation to improve rotational stability, and person detection

Divide and Conquer in Neural Style Transfer for Video

Neural Style Transfer is a class of neural algorithms designed to redraw a given image in the style of another image, traditionally a famous painting, while preserving the underlying details. Applying this process to a video requires stylizing each of its component frames, and the stylized frames must have temporal consistency between them to prevent flickering and other undesirable features. Current algorithms accommodate these constraints at the expense of speed. We propose an algorithm called Distributed Artistic Videos and demonstrate its capacity to produce stylized videos over ten times faster than the current state-of-the-art with no reduction in output quality. Through the use of an 8-node computing cluster, we reduce the average time required to stylize a video by 92%—from hours to minutes---compared to the most recent algorithm of this kind on the same equipment and input. This allows the stylization of videos that are longer and higher-resolution than previously feasible

Proceedings experiencing light 2009 : international conference on the effects of light on welbeing

no abstrac

Proceedings experiencing light 2009 : international conference on the effects of light on welbeing

no abstrac

Development of a probabilistic perception system for camera-lidar sensor fusion

La estimación de profundidad usando diferentes sensores es uno de los desafíos clave para dotar a las máquinas autónomas de sólidas capacidades de percepción robótica. Ha habido un avance sobresaliente en el desarrollo de técnicas de estimación de profundidad unimodales basadas en cámaras monoculares, debido a su alta resolución o sensores LiDAR, debido a los datos geométricos precisos que proporcionan. Sin embargo, cada uno de ellos presenta inconvenientes inherentes, como la alta sensibilidad a los cambios en las condiciones de iluminación en el caso delas cámaras y la resolución limitada de los sensores LiDAR. La fusión de sensores se puede utilizar para combinar los méritos y compensar las desventajas de estos dos tipos de sensores. Sin embargo, los métodos de fusión actuales funcionan a un alto nivel. Procesan los flujos de datos de los sensores de forma independiente y combinan las estimaciones de alto nivel obtenidas para cada sensor. En este proyecto, abordamos el problema en un nivel bajo, fusionando los flujos de sensores sin procesar, obteniendo así estimaciones de profundidad que son densas y precisas, y pueden usarse como una fuente de datos multimodal unificada para problemas de estimación de nivel superior. Este trabajo propone un modelo de campo aleatorio condicional (CRF) con múltiples potenciales de geometría y apariencia que representa a la perfección el problema de estimar mapas de profundidad densos a partir de datos de cámara y LiDAR. El modelo se puede optimizar de manera eficiente utilizando el algoritmo Conjúgate Gradient Squared (CGS). El método propuesto se evalúa y compara utilizando el conjunto de datos proporcionado por KITTI Datset. Adicionalmente, se evalúa cualitativamente el modelo, usando datos adquiridos por el autor de esté trabajoMulti-modal depth estimation is one of the key challenges for endowing autonomous machines with robust robotic perception capabilities. There has been an outstanding advance in the development of uni-modal depth estimation techniques based on either monocular cameras, because of their rich resolution or LiDAR sensors due to the precise geometric data they provide. However, each of them suffers from some inherent drawbacks like high sensitivity to changes in illumination conditions in the case of cameras and limited resolution for the LiDARs. Sensor fusion can be used to combine the merits and compensate the downsides of these two kinds of sensors. Nevertheless, current fusion methods work at a high level. They processes sensor data streams independently and combine the high level estimates obtained for each sensor. In this thesis, I tackle the problem at a low level, fusing the raw sensor streams, thus obtaining depth estimates which are both dense and precise, and can be used as a unified multi-modal data source for higher level estimation problems. This work proposes a Conditional Random Field (CRF) model with multiple geometry and appearance potentials that seamlessly represents the problem of estimating dense depth maps from camera and LiDAR data. The model can be optimized efficiently using the Conjugate Gradient Squared (CGS) algorithm. The proposed method was evaluated and compared with the state-of-the-art using the commonly used KITTI benchmark dataset. In addition, the model is qualitatively evaluated using data acquired by the author of this work.MaestríaMagíster en Ingeniería de Desarrollo de Producto

Text–to–Video: Image Semantics and NLP

When aiming at automatically translating an arbitrary text into a visual story, the main challenge consists in finding a semantically close visual representation whereby the displayed meaning should remain the same as in the given text. Besides, the appearance of an image itself largely influences how its meaningful information is transported towards an observer. This thesis now demonstrates that investigating in both, image semantics as well as the semantic relatedness between visual and textual sources enables us to tackle the challenging semantic gap and to find a semantically close translation from natural language to a corresponding visual representation. Within the last years, social networking became of high interest leading to an enormous and still increasing amount of online available data. Photo sharing sites like Flickr allow users to associate textual information with their uploaded imagery. Thus, this thesis exploits this huge knowledge source of user generated data providing initial links between images and words, and other meaningful data. In order to approach visual semantics, this work presents various methods to analyze the visual structure as well as the appearance of images in terms of meaningful similarities, aesthetic appeal, and emotional effect towards an observer. In detail, our GPU-based approach efficiently finds visual similarities between images in large datasets across visual domains and identifies various meanings for ambiguous words exploring similarity in online search results. Further, we investigate in the highly subjective aesthetic appeal of images and make use of deep learning to directly learn aesthetic rankings from a broad diversity of user reactions in social online behavior. To gain even deeper insights into the influence of visual appearance towards an observer, we explore how simple image processing is capable of actually changing the emotional perception and derive a simple but effective image filter. To identify meaningful connections between written text and visual representations, we employ methods from Natural Language Processing (NLP). Extensive textual processing allows us to create semantically relevant illustrations for simple text elements as well as complete storylines. More precisely, we present an approach that resolves dependencies in textual descriptions to arrange 3D models correctly. Further, we develop a method that finds semantically relevant illustrations to texts of different types based on a novel hierarchical querying algorithm. Finally, we present an optimization based framework that is capable of not only generating semantically relevant but also visually coherent picture stories in different styles.Bei der automatischen Umwandlung eines beliebigen Textes in eine visuelle Geschichte, besteht die größte Herausforderung darin eine semantisch passende visuelle Darstellung zu finden. Dabei sollte die Bedeutung der Darstellung dem vorgegebenen Text entsprechen. Darüber hinaus hat die Erscheinung eines Bildes einen großen Einfluß darauf, wie seine bedeutungsvollen Inhalte auf einen Betrachter übertragen werden. Diese Dissertation zeigt, dass die Erforschung sowohl der Bildsemantik als auch der semantischen Verbindung zwischen visuellen und textuellen Quellen es ermöglicht, die anspruchsvolle semantische Lücke zu schließen und eine semantisch nahe Übersetzung von natürlicher Sprache in eine entsprechend sinngemäße visuelle Darstellung zu finden. Des Weiteren gewann die soziale Vernetzung in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung, was zu einer enormen und immer noch wachsenden Menge an online verfügbaren Daten geführt hat. Foto-Sharing-Websites wie Flickr ermöglichen es Benutzern, Textinformationen mit ihren hochgeladenen Bildern zu verknüpfen. Die vorliegende Arbeit nutzt die enorme Wissensquelle von benutzergenerierten Daten welche erste Verbindungen zwischen Bildern und Wörtern sowie anderen aussagekräftigen Daten zur Verfügung stellt. Zur Erforschung der visuellen Semantik stellt diese Arbeit unterschiedliche Methoden vor, um die visuelle Struktur sowie die Wirkung von Bildern in Bezug auf bedeutungsvolle Ähnlichkeiten, ästhetische Erscheinung und emotionalem Einfluss auf einen Beobachter zu analysieren. Genauer gesagt, findet unser GPU-basierter Ansatz effizient visuelle Ähnlichkeiten zwischen Bildern in großen Datenmengen quer über visuelle Domänen hinweg und identifiziert verschiedene Bedeutungen für mehrdeutige Wörter durch die Erforschung von Ähnlichkeiten in Online-Suchergebnissen. Des Weiteren wird die höchst subjektive ästhetische Anziehungskraft von Bildern untersucht und "deep learning" genutzt, um direkt ästhetische Einordnungen aus einer breiten Vielfalt von Benutzerreaktionen im sozialen Online-Verhalten zu lernen. Um noch tiefere Erkenntnisse über den Einfluss des visuellen Erscheinungsbildes auf einen Betrachter zu gewinnen, wird erforscht, wie alleinig einfache Bildverarbeitung in der Lage ist, tatsächlich die emotionale Wahrnehmung zu verändern und ein einfacher aber wirkungsvoller Bildfilter davon abgeleitet werden kann. Um bedeutungserhaltende Verbindungen zwischen geschriebenem Text und visueller Darstellung zu ermitteln, werden Methoden des "Natural Language Processing (NLP)" verwendet, die der Verarbeitung natürlicher Sprache dienen. Der Einsatz umfangreicher Textverarbeitung ermöglicht es, semantisch relevante Illustrationen für einfache Textteile sowie für komplette Handlungsstränge zu erzeugen. Im Detail wird ein Ansatz vorgestellt, der Abhängigkeiten in Textbeschreibungen auflöst, um 3D-Modelle korrekt anzuordnen. Des Weiteren wird eine Methode entwickelt die, basierend auf einem neuen hierarchischen Such-Anfrage Algorithmus, semantisch relevante Illustrationen zu Texten verschiedener Art findet. Schließlich wird ein optimierungsbasiertes Framework vorgestellt, das nicht nur semantisch relevante, sondern auch visuell kohärente Bildgeschichten in verschiedenen Bildstilen erzeugen kann

Encoding high dynamic range and wide color gamut imagery

In dieser Dissertation wird ein szenischer Bewegtbilddatensatz mit erweitertem Dynamikumfang (High Dynamic Range, HDR) und großem Farbumfang (Wide Color Gamut, WCG) eingeführt und es werden Modelle zur Kodierung von HDR und WCG Bildern vorgestellt. Die objektive und visuelle Evaluation neuer HDR und WCG Bildverarbeitungsalgorithmen, Kompressionsverfahren und Bildwiedergabegeräte erfordert einen Referenzdatensatz hoher Qualität. Daher wird ein neuer HDR- und WCG-Video-Datensatz mit einem Dynamikumfang von bis zu 18 fotografischen Blenden eingeführt. Er enthält inszenierte und dokumentarische Szenen. Die einzelnen Szenen sind konzipiert um eine Herausforderung für Tone Mapping Operatoren, Gamut Mapping Algorithmen, Kompressionscodecs und HDR und WCG Bildanzeigegeräte darzustellen. Die Szenen sind mit professionellem Licht, Maske und Filmausstattung aufgenommen. Um einen cinematischen Bildeindruck zu erhalten, werden digitale Filmkameras mit ‘Super-35 mm’ Sensorgröße verwendet. Der zusätzliche Informationsgehalt von HDR- und WCG-Videosignalen erfordert im Vergleich zu Signalen mit herkömmlichem Dynamikumfang eine neue und effizientere Signalkodierung. Ein Farbraum für HDR und WCG Video sollte nicht nur effizient quantisieren, sondern wegen der unterschiedlichen Monitoreigenschaften auf der Empfängerseite auch für die Dynamik- und Farbumfangsanpassung geeignet sein. Bisher wurden Methoden für die Quantisierung von HDR Luminanzsignalen vorgeschlagen. Es fehlt jedoch noch ein entsprechendes Modell für Farbdifferenzsignale. Es werden daher zwei neue Farbräume eingeführt, die sich sowohl für die effiziente Kodierung von HDR und WCG Signalen als auch für die Dynamik- und Farbumfangsanpassung eignen. Diese Farbräume werden mit existierenden HDR und WCG Farbsignalkodierungen des aktuellen Stands der Technik verglichen. Die vorgestellten Kodierungsschemata erlauben es, HDR- und WCG-Video mittels drei Farbkanälen mit 12 Bits tonaler Auflösung zu quantisieren, ohne dass Quantisierungsartefakte sichtbar werden. Während die Speicherung und Übertragung von HDR und WCG Video mit 12-Bit Farbtiefe pro Kanal angestrebt wird, unterstützen aktuell verbreitete Dateiformate, Videoschnittstellen und Kompressionscodecs oft nur niedrigere Bittiefen. Um diese existierende Infrastruktur für die HDR Videoübertragung und -speicherung nutzen zu können, wird ein neues bildinhaltsabhängiges Quantisierungsschema eingeführt. Diese Quantisierungsmethode nutzt Bildeigenschaften wie Rauschen und Textur um die benötigte tonale Auflösung für die visuell verlustlose Quantisierung zu schätzen. Die vorgestellte Methode erlaubt es HDR Video mit einer Bittiefe von 10 Bits ohne sichtbare Unterschiede zum Original zu quantisieren und kommt mit weniger Rechenkraft im Vergleich zu aktuellen HDR Bilddifferenzmetriken aus

The e-Volving Picturebook: Examining the Impact of New e-Media/Technologies On Its Form, Content and Function (And on the Child Reader)

The technology of the codex book and the habit of reading appear to be under attack currently for a variety of reasons explored in the Introduction of this Dissertation. One natural response to attack is a resulting effort to adapt in a bid to survive. Noël Carroll, leading American philosopher in the contemporary philosophy of art, touches on this concept in his discussion of the evolution of a new medium in his article, “Medium Specificity Arguments and Self-Consciously Invented Arts: Film, Video, and Photography,” from his Cambridge University Press 1996 text, Theorizing the Moving Image. Carroll proposes that any new medium undergoes phases of development (and I include new technology under that umbrella)). After examining Carroll’s theory this Dissertation attempts to apply it to the Children’s Picturebook Field, exploring the hypothesis that the published children’s narrative does evolve, has already evolved historically in response to other mediums/technologies, and is currently “e-volving” in response to emerging “e-media.” This discussion examines ways new media (particularly emerging e-media) affect the published children’s narrative form, content, and function (with primary focus on the picturebook form), and includes some examination of the response of the child reader to those changes. Chapter One explores the formation of the question, its value, and reviews available literature. Chapter Two compares the effects of an older sub-genre, the paper-engineered picturebook, with those of emerging e-picturebooks. Chapter Three compares the Twentieth Century Artist’s Book to picturebooks created by select past and current picturebook creators. Chapter Four first considers the shifting cultural mindset of Western Culture from a linear, word-based outlook to the non-linear, more visual approach fostered by the World Wide Web and supporting “screen” technologies; then identifies and examines current changes in form, content and function of the designed picturebooks that are developing “on the page” within the constraints of the codex book format. The Dissertation concludes with a review of Leonard Shlain’s 1998 text, The Alphabet Versus the Goddess: The Conflict Between Word and Image, using it as a departure point for final observations regarding unique strengths of the children’s picturebook as a learning tool for young children

Quelques extensions des level sets et des graph cuts et leurs applications à la segmentation d'images et de vidéos

Image processing techniques are now widely spread out over a large quantity of domains: like medical imaging, movies post-production, games... Automatic detection and extraction of regions of interest inside an image, a volume or a video is challenging problem since it is a starting point for many applications in image processing. However many techniques were developed during the last years and the state of the art methods suffer from some drawbacks: The Level Sets method only provides a local minimum while the Graph Cuts method comes from Combinatorial Community and could take advantage of the specificity of image processing problems. In this thesis, we propose two extensions of the previously cited methods in order to soften or remove these drawbacks. We first discuss the existing methods and show how they are related to the segmentation problem through an energy formulation. Then we introduce stochastic perturbations to the Level Sets method and we build a more generic framework: the Stochastic Level Sets (SLS). Later we provide a direct application of the SLS to image segmentation that provides a better minimization of energies. Basically, it allows the contours to escape from local minimum. Then we propose a new formulation of an existing algorithm of Graph Cuts in order to introduce some interesting concept for image processing community: like initialization of the algorithm for speed improvement. We also provide a new approach for layer extraction from video sequence that retrieves both visible and hidden layers in it.Les techniques de traitement d'image sont maintenant largement répandues dans une grande quantité de domaines: comme l'imagerie médicale, la post-production de films, les jeux... La détection et l'extraction automatique de régions d'intérêt à l'intérieur d'une image, d'un volume ou d'une vidéo est réel challenge puisqu'il représente un point de départ pour un grand nombre d'applications en traitement d'image. Cependant beaucoup de techniques développées pendant ces dernières années et les méthodes de l'état de l'art souffrent de quelques inconvénients: la méthode des ensembles de niveaux fournit seulement un minimum local tandis que la méthode de coupes de graphe vient de la communauté combinatoire et pourrait tirer profit de la spécificité des problèmes de traitement d'image. Dans cette thèse, nous proposons deux prolongements des méthodes précédemment citées afin de réduire ou enlever ces inconvénients. Nous discutons d'abord les méthodes existantes et montrons comment elles sont liées au problème de segmentation via une formulation énergétique. Nous présentons ensuite des perturbations stochastiques a la méthode des ensembles de niveaux et nous établissons un cadre plus générique: les ensembles de niveaux stochastiques (SLS). Plus tard nous fournissons une application directe du SLS à la segmentation d'image et montrons qu'elle fournit une meilleure minimisation des énergies. Fondamentalement, il permet aux contours de s'échapper des minima locaux. Nous proposons ensuite une nouvelle formulation d'un algorithme existant des coupes de graphe afin d'introduire de nouveaux concepts intéressant pour la communauté de traitement d'image: comme l'initialisation de l'algorithme pour l'amélioration de vitesse. Nous fournissons également une nouvelle approche pour l'extraction de couches d'une vidéo par segmentation du mouvement et qui extrait à la fois les couches visibles et cachées présentes

Development of a probabilistic perception system for camera-lidar sensor fusion

La estimación de profundidad usando diferentes sensores es uno de los desafíos clave para dotar a las máquinas autónomas de sólidas capacidades de percepción robótica. Ha habido un avance sobresaliente en el desarrollo de técnicas de estimación de profundidad unimodales basadas en cámaras monoculares, debido a su alta resolución o sensores LiDAR, debido a los datos geométricos precisos que proporcionan. Sin embargo, cada uno de ellos presenta inconvenientes inherentes, como la alta sensibilidad a los cambios en las condiciones de iluminación en el caso delas cámaras y la resolución limitada de los sensores LiDAR. La fusión de sensores se puede utilizar para combinar los méritos y compensar las desventajas de estos dos tipos de sensores. Sin embargo, los métodos de fusión actuales funcionan a un alto nivel. Procesan los flujos de datos de los sensores de forma independiente y combinan las estimaciones de alto nivel obtenidas para cada sensor. En este proyecto, abordamos el problema en un nivel bajo, fusionando los flujos de sensores sin procesar, obteniendo así estimaciones de profundidad que son densas y precisas, y pueden usarse como una fuente de datos multimodal unificada para problemas de estimación de nivel superior. Este trabajo propone un modelo de campo aleatorio condicional (CRF) con múltiples potenciales de geometría y apariencia que representa a la perfección el problema de estimar mapas de profundidad densos a partir de datos de cámara y LiDAR. El modelo se puede optimizar de manera eficiente utilizando el algoritmo Conjúgate Gradient Squared (CGS). El método propuesto se evalúa y compara utilizando el conjunto de datos proporcionado por KITTI Datset. Adicionalmente, se evalúa cualitativamente el modelo, usando datos adquiridos por el autor de esté trabajoMulti-modal depth estimation is one of the key challenges for endowing autonomous machines with robust robotic perception capabilities. There has been an outstanding advance in the development of uni-modal depth estimation techniques based on either monocular cameras, because of their rich resolution or LiDAR sensors due to the precise geometric data they provide. However, each of them suffers from some inherent drawbacks like high sensitivity to changes in illumination conditions in the case of cameras and limited resolution for the LiDARs. Sensor fusion can be used to combine the merits and compensate the downsides of these two kinds of sensors. Nevertheless, current fusion methods work at a high level. They processes sensor data streams independently and combine the high level estimates obtained for each sensor. In this thesis, I tackle the problem at a low level, fusing the raw sensor streams, thus obtaining depth estimates which are both dense and precise, and can be used as a unified multi-modal data source for higher level estimation problems. This work proposes a Conditional Random Field (CRF) model with multiple geometry and appearance potentials that seamlessly represents the problem of estimating dense depth maps from camera and LiDAR data. The model can be optimized efficiently using the Conjugate Gradient Squared (CGS) algorithm. The proposed method was evaluated and compared with the state-of-the-art using the commonly used KITTI benchmark dataset. In addition, the model is qualitatively evaluated using data acquired by the author of this work.MaestríaMagíster en Ingeniería de Desarrollo de Producto