Episodic Reasoning for Vision-Based Human Action Recognition

Smart Spaces, Ambient Intelligence, and Ambient Assisted Living are environmental paradigms that strongly depend on their capability to recognize human actions. While most solutions rest on sensor value interpretations and video analysis applications, few have realized the importance of incorporating common-sense capabilities to support the recognition process. Unfortunately, human action recognition cannot be successfully accomplished by only analyzing body postures. On the contrary, this task should be supported by profound knowledge of human agency nature and its tight connection to the reasons and motivations that explain it. The combination of this knowledge and the knowledge about how the world works is essential for recognizing and understanding human actions without committing common-senseless mistakes. This work demonstrates the impact that episodic reasoning has in improving the accuracy of a computer vision system for human action recognition. This work also presents formalization, implementation, and evaluation details of the knowledge model that supports the episodic reasoning

Multimodal Shared-Control Interaction for Mobile Robots in AAL Environments

This dissertation investigates the design, development and implementation of cognitively adequate, safe and robust, spatially-related, multimodal interaction between human operators and mobile robots in Ambient Assisted Living environments both from the theoretical and practical perspectives. By focusing on different aspects of the concept Interaction, the essential contribution of this dissertation is divided into three main research packages; namely, Formal Interaction, Spatial Interaction and Multimodal Interaction in AAL. As the principle package, in Formal Interaction, research effort is dedicated to developing a formal language based interaction modelling and management solution process and a unified dialogue modelling approach. This package aims to enable a robust, flexible, and context-sensitive, yet formally controllable and tractable interaction. This type of interaction can be used to support the interaction management of any complex interactive systems, including the ones covered in the other two research packages. In the second research package, Spatial Interaction, a general qualitative spatial knowledge based multi-level conceptual model is developed and proposed. The goal is to support a spatially-related interaction in human-robot collaborative navigation. With a model-based computational framework, the proposed conceptual model has been implemented and integrated into a practical interactive system which has been evaluated by empirical studies. It has been particularly tested with respect to a set of high-level and model-based conceptual strategies for resolving the frequent spatially-related communication problems in human-robot interaction. Last but not least, in Multimodal Interaction in AAL, attention is drawn to design, development and implementation of multimodal interaction for elderly persons. In this elderly-friendly scenario, ageing-related characteristics are carefully considered for an effective and efficient interaction. Moreover, a standard model based empirical framework for evaluating multimodal interaction is provided. This framework was especially applied to evaluate a minutely developed and systematically improved elderly-friendly multimodal interactive system through a series of empirical studies with groups of elderly persons

Smart kitchen for Ambient Assisted Living

El envejecimiento de la población es una realidad en todos los países desarrollados. Las predicciones de crecimiento de esta población son alarmantes, planteando un reto para los servicios sociales y sanitarios. Las personas ancianas padecen diversas discapacidades que se van acentuando con la edad, siendo más propensas a sufrir accidentes domésticos, presentando problemas para realizar tareas cotidianas, etc. Esta situación conlleva a una pérdida paulatina de capacidades que en muchas ocasiones acaba con la vida autónoma de la persona. En este contexto, las Tecnologías de la Información y Comunicación (TIC) aplicadas al entorno doméstico pueden jugar un papel importante, permitiendo que las personas ancianas vivan más tiempo, de forma independiente en su propio hogar, presentando, por tanto, una alternativa a la hospitalización o institucionalización de las mismas. Este trabajo da un paso más en este sentido, presentando el diseño y desarrollo de un Ambiente Inteligente en la cocina, que ayuda a las personas ancianas y/o con discapacidad a desempeñar sus actividades de la vida diaria de una forma más fácil y sencilla. Esta tesis realiza sus principales aportaciones en dos campos: El metodológico y el tecnológico. Por un lado se presenta una metodología sistemática para extraer necesidades de colectivos específicos a fin de mejorar la información disponible por el equipo de diseño del producto, servicio o sistema. Esta metodología se basa en el estudio de la interacción Hombre-Máquina en base a los paradigmas y modelos existentes y el modelado y descripción de las capacidades del usuario en la misma utilizado el lenguaje estandarizado propuesto en la Clasificación Internacional del Funcionamiento, de la Discapacidad y de la Salud (CIF). Adicionalmente, se plantea el problema de la evaluación tecnológica, diseñando la metodología de evaluación de la tecnología con la finalidad de conocer su accesibilidad, funcionalidad y usabilidad del sistema desarrollado y aplicándola a 61 usuarios y 31 profesionales de la gerontología. Desde un punto de vista técnico, se afronta el diseño de un ambiente asistido inteligente (Ambient Assisted Living, AAL) en la cocina, planteando y definiendo la arquitectura del sistema. Esta arquitectura, basada en OSGi (Open Services Gateway initiative), oferta un sistema modular, con altas capacidades de interoperabilidad y escalabilidad. Además, se diseña e implementa una red de sensores distribuida en el entorno con el fin de obtener la mayor información posible del contexto, presentando distintos algoritmos para obtener información de alto nivel: detección de caídas o localización. Todos los dispositivos presentes en el entorno han sido modelados utilizando la taxonomía propuesta en OSGi4AmI, extendiendo la misma a los electrodomésticos más habituales de la cocina. Finalmente, se presenta el diseño e implementación de la inteligencia del sistema, que en función de la información procedente del contexto y de las capacidades del usuario da soporte a las principales actividades de la vida diaria (AVD) en la cocina