Augmented reality device for first response scenarios

A prototype of a wearable computer system is proposed and implemented using commercial off-shelf components. The system is designed to allow the user to access location-specific information about an environment, and to provide capability for user tracking. Areas of applicability include primarily first response scenarios, with possible applications in maintenance or construction of buildings and other structures. Necessary preparation of the target environment prior to system\u27s deployment is limited to noninvasive labeling using optical fiducial markers. The system relies on computational vision methods for registration of labels and user position. With the system the user has access to on-demand information relevant to a particular real-world location. Team collaboration is assisted by user tracking and real-time visualizations of team member positions within the environment. The user interface and display methods are inspired by Augmented Reality1 (AR) techniques, incorporating a video-see-through Head Mounted Display (HMD) and fingerbending sensor glove.*. 1Augmented reality (AR) is a field of computer research which deals with the combination of real world and computer generated data. At present, most AR research is concerned with the use of live video imagery which is digitally processed and augmented by the addition of computer generated graphics. Advanced research includes the use of motion tracking data, fiducial marker recognition using machine vision, and the construction of controlled environments containing any number of sensors and actuators. (Source: Wikipedia) *This dissertation is a compound document (contains both a paper copy and a CD as part of the dissertation). The CD requires the following system requirements: Adobe Acrobat; Microsoft Office; Windows MediaPlayer or RealPlayer

Multi-robot Tethering Using Camera

An autonomous multi-robot or swarm robot able to perform various cooperative mission such as search and rescue, exploration of unknown or partially known area, transportation, surveillance, defence system, and also firefighting. However, multi-robot application often requires synchronised robotic configuration, reliable communication system and various sensors installed on each robot. This approach has resulted system complexity and very high cost of development

Sailbot 2017-2018

The goal of this MQP was to build and program a robot capable of competing in the 2018 International Robotic Sailing Competition (IRSC), also known as Sailbot. This project utilized existing research on control and design of autonomous sailboats, and built on lessons learned from the last two years of WPI’s Sailbot entries. The final product of this MQP was a more reliable, easier to control, and more innovative design than last year’s event-winning boat

Sailbot 2017-2018

The goal of this MQP was to build and program a robot capable of competing in the 2018 International Robotic Sailing Competition (IRSC), also known as Sailbot. This project utilized existing research on control and design of autonomous sailboats, and built on lessons learned from the last two years of WPIs Sailbot entries. The final product of this MQP was a more reliable, easier to control, and more innovative design than last years event-winning boat

Sailbot 2017-2018

The goal of this MQP was to build and program a robot capable of competing in the 2018 International Robotic Sailing Competition (IRSC), also known as Sailbot. This project utilized existing research on control and design of autonomous sailboats, and built on lessons learned from the last two years of WPIs Sailbot entries. The final product of this MQP was a more reliable, easier to control, and more innovative design than last years event-winning boat

Sailbot 2017-2018

The goal of this MQP was to build and program a robot capable of competing in the 2018 International Robotic Sailing Competition (IRSC), also known as Sailbot. This project utilized existing research on control and design of autonomous sailboats, and built on lessons learned from the last two years of WPIÂs Sailbot entries. The final product of this MQP was a more reliable, easier to control, and more innovative design than last yearÂs event-winning boat

Visual / acoustic detection and localisation in embedded systems

©Cranfield UniversityThe continuous miniaturisation of sensing and processing technologies is increasingly offering a variety of embedded platforms, enabling the accomplishment of a broad range of tasks using such systems. Motivated by these advances, this thesis investigates embedded detection and localisation solutions using vision and acoustic sensors. Focus is particularly placed on surveillance applications using sensor networks. Existing vision-based detection solutions for embedded systems suffer from the sensitivity to environmental conditions. In the literature, there seems to be no algorithm able to simultaneously tackle all the challenges inherent to real-world videos. Regarding the acoustic modality, many research works have investigated acoustic source localisation solutions in distributed sensor networks. Nevertheless, it is still a challenging task to develop an ecient algorithm that deals with the experimental issues, to approach the performance required by these systems and to perform the data processing in a distributed and robust manner. The movement of scene objects is generally accompanied with sound emissions with features that vary from an environment to another. Therefore, considering the combination of the visual and acoustic modalities would offer a significant opportunity for improving the detection and/or localisation using the described platforms. In the light of the described framework, we investigate in the first part of the thesis the use of a cost-effective visual based method that can deal robustly with the issue of motion detection in static, dynamic and moving background conditions. For motion detection in static and dynamic backgrounds, we present the development and the performance analysis of a spatio- temporal form of the Gaussian mixture model. On the other hand, the problem of motion detection in moving backgrounds is addressed by accounting for registration errors in the captured images. By adopting a robust optimisation technique that takes into account the uncertainty about the visual measurements, we show that high detection accuracy can be achieved. In the second part of this thesis, we investigate solutions to the problem of acoustic source localisation using a trust region based optimisation technique. The proposed method shows an overall higher accuracy and convergence improvement compared to a linear-search based method. More importantly, we show that through characterising the errors in measurements, which is a common problem for such platforms, higher accuracy in the localisation can be attained. The last part of this work studies the different possibilities of combining visual and acoustic information in a distributed sensors network. In this context, we first propose to include the acoustic information in the visual model. The obtained new augmented model provides promising improvements in the detection and localisation processes. The second investigated solution consists in the fusion of the measurements coming from the different sensors. An evaluation of the accuracy of localisation and tracking using a centralised/decentralised architecture is conducted in various scenarios and experimental conditions. Results have shown the capability of this fusion approach to yield higher accuracy in the localisation and tracking of an active acoustic source than by using a single type of data

Distributed, Low-Cost, Non-Expert Fine Dust Sensing with Smartphones

Diese Dissertation behandelt die Frage, wie mit kostengünstiger Sensorik Feinstäube in hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung gemessen werden können. Dazu wird ein neues Sensorsystem auf Basis kostengünstiger off-the-shelf-Sensoren und Smartphones vorgestellt, entsprechende robuste Algorithmen zur Signalverarbeitung entwickelt und Erkenntnisse zur Interaktions-Gestaltung für die Messung durch Laien präsentiert. Atmosphärische Aerosolpartikel stellen im globalen Maßstab ein gravierendes Problem für die menschliche Gesundheit dar, welches sich in Atemwegs- und Herz-Kreislauf-Erkrankungen äußert und eine Verkürzung der Lebenserwartung verursacht. Bisher wird Luftqualität ausschließlich anhand von Daten relativ weniger fester Messstellen beurteilt und mittels Modellen auf eine hohe räumliche Auflösung gebracht, so dass deren Repräsentativität für die flächendeckende Exposition der Bevölkerung ungeklärt bleibt. Es ist unmöglich, derartige räumliche Abbildungen mit den derzeitigen statischen Messnetzen zu bestimmen. Bei der gesundheitsbezogenen Bewertung von Schadstoffen geht der Trend daher stark zu räumlich differenzierenden Messungen. Ein vielversprechender Ansatz um eine hohe räumliche und zeitliche Abdeckung zu erreichen ist dabei Participatory Sensing, also die verteilte Messung durch Endanwender unter Zuhilfenahme ihrer persönlichen Endgeräte. Insbesondere für Luftqualitätsmessungen ergeben sich dabei eine Reihe von Herausforderungen - von neuer Sensorik, die kostengünstig und tragbar ist, über robuste Algorithmen zur Signalauswertung und Kalibrierung bis hin zu Anwendungen, die Laien bei der korrekten Ausführung von Messungen unterstützen und ihre Privatsphäre schützen. Diese Arbeit konzentriert sich auf das Anwendungsszenario Partizipatorischer Umweltmessungen, bei denen Smartphone-basierte Sensorik zum Messen der Umwelt eingesetzt wird und üblicherweise Laien die Messungen in relativ unkontrollierter Art und Weise ausführen. Die Hauptbeiträge hierzu sind: 1. Systeme zum Erfassen von Feinstaub mit Smartphones (Low-cost Sensorik und neue Hardware): Ausgehend von früher Forschung zur Feinstaubmessung mit kostengünstiger off-the-shelf-Sensorik wurde ein Sensorkonzept entwickelt, bei dem die Feinstaub-Messung mit Hilfe eines passiven Aufsatzes auf einer Smartphone-Kamera durchgeführt wird. Zur Beurteilung der Sensorperformance wurden teilweise Labor-Messungen mit künstlich erzeugtem Staub und teilweise Feldevaluationen in Ko-Lokation mit offiziellen Messstationen des Landes durchgeführt. 2. Algorithmen zur Signalverarbeitung und Auswertung: Im Zuge neuer Sensordesigns werden Kombinationen bekannter OpenCV-Bildverarbeitungsalgorithmen (Background-Subtraction, Contour Detection etc.) zur Bildanalyse eingesetzt. Der resultierende Algorithmus erlaubt im Gegensatz zur Auswertung von Lichtstreuungs-Summensignalen die direkte Zählung von Partikeln anhand individueller Lichtspuren. Ein zweiter neuartiger Algorithmus nutzt aus, dass es bei solchen Prozessen ein signalabhängiges Rauschen gibt, dessen Verhältnis zum Mittelwert des Signals bekannt ist. Dadurch wird es möglich, Signale die von systematischen unbekannten Fehlern betroffen sind auf Basis ihres Rauschens zu analysieren und das "echte" Signal zu rekonstruieren. 3. Algorithmen zur verteilten Kalibrierung bei gleichzeitigem Schutz der Privatsphäre: Eine Herausforderung partizipatorischer Umweltmessungen ist die wiederkehrende Notwendigkeit der Sensorkalibrierung. Dies beruht zum einen auf der Instabilität insbesondere kostengünstiger Luftqualitätssensorik und zum anderen auf der Problematik, dass Endbenutzern die Mittel für eine Kalibrierung üblicherweise fehlen. Bestehende Ansätze zur sogenannten Cross-Kalibrierung von Sensoren, die sich in Ko-Lokation mit einer Referenzstation oder anderen Sensoren befinden, wurden auf Daten günstiger Feinstaubsensorik angewendet sowie um Mechanismen erweitert, die eine Kalibrierung von Sensoren untereinander ohne Preisgabe privater Informationen (Identität, Ort) ermöglicht. 4. Mensch-Maschine-Interaktions-Gestaltungsrichtlinien für Participatory Sensing: Auf Basis mehrerer kleiner explorativer Nutzerstudien wurde empirisch eine Taxonomie der Fehler erstellt, die Laien beim Messen von Umweltinformationen mit Smartphones machen. Davon ausgehend wurden mögliche Gegenmaßnahmen gesammelt und klassifiziert. In einer großen summativen Studie mit einer hohen Teilnehmerzahl wurde der Effekt verschiedener dieser Maßnahmen durch den Vergleich vier unterschiedlicher Varianten einer App zur partizipatorischen Messung von Umgebungslautstärke evaluiert. Die dabei gefundenen Erkenntnisse bilden die Basis für Richtlinien zur Gestaltung effizienter Nutzerschnittstellen für Participatory Sensing auf Mobilgeräten. 5. Design Patterns für Participatory Sensing Games auf Mobilgeräten (Gamification): Ein weiterer erforschter Ansatz beschäftigt sich mit der Gamifizierung des Messprozesses um Nutzerfehler durch den Einsatz geeigneter Spielmechanismen zu minimieren. Dabei wird der Messprozess z.B. in ein Smartphone-Spiel (sog. Minigame) eingebettet, das im Hintergrund bei geeignetem Kontext die Messung durchführt. Zur Entwicklung dieses "Sensified Gaming" getauften Konzepts wurden Kernaufgaben im Participatory Sensing identifiziert und mit aus der Literatur zu sammelnden Spielmechanismen (Game Design Patterns) gegenübergestellt

A review of abnormal behavior detection in activities of daily living

Abnormal behavior detection (ABD) systems are built to automatically identify and recognize abnormal behavior from various input data types, such as sensor-based and vision-based input. As much as the attention received for ABD systems, the number of studies on ABD in activities of daily living (ADL) is limited. Owing to the increasing rate of elderly accidents in the home compound, ABD in ADL research should be given as much attention to preventing accidents by sending out signals when abnormal behavior such as falling is detected. In this study, we compare and contrast the formation of the ABD system in ADL from input data types (sensor-based input and vision-based input) to modeling techniques (conventional and deep learning approaches). We scrutinize the public datasets available and provide solutions for one of the significant issues: the lack of datasets in ABD in ADL. This work aims to guide new research to understand the field of ABD in ADL better and serve as a reference for future study of better Ambient Assisted Living with the growing smart home trend