Eyewear Computing \u2013 Augmenting the Human with Head-Mounted Wearable Assistants

The seminar was composed of workshops and tutorials on head-mounted eye tracking, egocentric vision, optics, and head-mounted displays. The seminar welcomed 30 academic and industry researchers from Europe, the US, and Asia with a diverse background, including wearable and ubiquitous computing, computer vision, developmental psychology, optics, and human-computer interaction. In contrast to several previous Dagstuhl seminars, we used an ignite talk format to reduce the time of talks to one half-day and to leave the rest of the week for hands-on sessions, group work, general discussions, and socialising. The key results of this seminar are 1) the identification of key research challenges and summaries of breakout groups on multimodal eyewear computing, egocentric vision, security and privacy issues, skill augmentation and task guidance, eyewear computing for gaming, as well as prototyping of VR applications, 2) a list of datasets and research tools for eyewear computing, 3) three small-scale datasets recorded during the seminar, 4) an article in ACM Interactions entitled \u201cEyewear Computers for Human-Computer Interaction\u201d, as well as 5) two follow-up workshops on \u201cEgocentric Perception, Interaction, and Computing\u201d at the European Conference on Computer Vision (ECCV) as well as \u201cEyewear Computing\u201d at the ACM International Joint Conference on Pervasive and Ubiquitous Computing (UbiComp)

InMyFace: Inertial and Mechanomyography-Based Sensor Fusion for Wearable Facial Activity Recognition

Recognizing facial activity is a well-understood (but non-trivial) computer vision problem. However, reliable solutions require a camera with a good view of the face, which is often unavailable in wearable settings. Furthermore, in wearable applications, where systems accompany users throughout their daily activities, a permanently running camera can be problematic for privacy (and legal) reasons. This work presents an alternative solution based on the fusion of wearable inertial sensors, planar pressure sensors, and acoustic mechanomyography (muscle sounds). The sensors were placed unobtrusively in a sports cap to monitor facial muscle activities related to facial expressions. We present our integrated wearable sensor system, describe data fusion and analysis methods, and evaluate the system in an experiment with thirteen subjects from different cultural backgrounds (eight countries) and both sexes (six women and seven men). In a one-model-per-user scheme and using a late fusion approach, the system yielded an average F1 score of 85.00% for the case where all sensing modalities are combined. With a cross-user validation and a one-model-for-all-user scheme, an F1 score of 79.00% was obtained for thirteen participants (six females and seven males). Moreover, in a hybrid fusion (cross-user) approach and six classes, an average F1 score of 82.00% was obtained for eight users. The results are competitive with state-of-the-art non-camera-based solutions for a cross-user study. In addition, our unique set of participants demonstrates the inclusiveness and generalizability of the approach.Comment: Submitted to Information Fusion, Elsevie

Systems and Methods for Coupling Low-Bandwidth Imaging Devices to a Wearable Device Using a Reduced Number of Data-Transmission Lanes

Systems and methods are provided for recovering image data received from a low-bandwidth imaging device. One example system includes a low-bandwidth imaging device and one or more integrated circuits communicatively coupled with the low-bandwidth imaging device. The low-bandwidth imaging device is coupled to the one or more integrated circuits via at least one active data-transmission lane, and the one or integrated circuits also include another data-transmission lane. The one or more integrated circuits are configured to use the active data-transmission lane to receive first and second image data via the active data-transmission lane. The first and second image data start with an image identifier. The one or more integrated circuits are further configured to align, based on the image identifier, the first image data with the second image data without having received a clock signal over the other data-transmission lane, and generate, based on aligned image data, recovered image data

Robotic Game Playing Internet of Things Device

Generally, the present disclosure is directed to a robotic device that can play certain games with a user, such as, for example, interactive hand-gesture-based games such as rock-paper-scissors, gesture matching, and/or gesture mirroring. In particular, in some implementations, the systems and methods of the present disclosure can include or otherwise leverage an Internet of Things (IoT) system or device to control a robotic hand based on inputs from a camera that are processed by a machine-learned model such as a gesture recognition model

Earables: Wearable Computing on the Ears

Kopfhörer haben sich bei Verbrauchern durchgesetzt, da sie private Audiokanäle anbieten, zum Beispiel zum Hören von Musik, zum Anschauen der neuesten Filme während dem Pendeln oder zum freihändigen Telefonieren. Dank diesem eindeutigen primären Einsatzzweck haben sich Kopfhörer im Vergleich zu anderen Wearables, wie zum Beispiel Smartglasses, bereits stärker durchgesetzt. In den letzten Jahren hat sich eine neue Klasse von Wearables herausgebildet, die als "Earables" bezeichnet werden. Diese Geräte sind so konzipiert, dass sie in oder um die Ohren getragen werden können. Sie enthalten verschiedene Sensoren, um die Funktionalität von Kopfhörern zu erweitern. Die räumliche Nähe von Earables zu wichtigen anatomischen Strukturen des menschlichen Körpers bietet eine ausgezeichnete Plattform für die Erfassung einer Vielzahl von Eigenschaften, Prozessen und Aktivitäten. Auch wenn im Bereich der Earables-Forschung bereits einige Fortschritte erzielt wurden, wird deren Potenzial aktuell nicht vollständig abgeschöpft. Ziel dieser Dissertation ist es daher, neue Einblicke in die Möglichkeiten von Earables zu geben, indem fortschrittliche Sensorikansätze erforscht werden, welche die Erkennung von bisher unzugänglichen Phänomenen ermöglichen. Durch die Einführung von neuartiger Hardware und Algorithmik zielt diese Dissertation darauf ab, die Grenzen des Erreichbaren im Bereich Earables zu verschieben und diese letztlich als vielseitige Sensorplattform zur Erweiterung menschlicher Fähigkeiten zu etablieren. Um eine fundierte Grundlage für die Dissertation zu schaffen, synthetisiert die vorliegende Arbeit den Stand der Technik im Bereich der ohr-basierten Sensorik und stellt eine einzigartig umfassende Taxonomie auf der Basis von 271 relevanten Publikationen vor. Durch die Verbindung von Low-Level-Sensor-Prinzipien mit Higher-Level-Phänomenen werden in der Dissertation anschließ-end Arbeiten aus verschiedenen Bereichen zusammengefasst, darunter (i) physiologische Überwachung und Gesundheit, (ii) Bewegung und Aktivität, (iii) Interaktion und (iv) Authentifizierung und Identifizierung. Diese Dissertation baut auf der bestehenden Forschung im Bereich der physiologischen Überwachung und Gesundheit mit Hilfe von Earables auf und stellt fortschrittliche Algorithmen, statistische Auswertungen und empirische Studien vor, um die Machbarkeit der Messung der Atemfrequenz und der Erkennung von Episoden erhöhter Hustenfrequenz durch den Einsatz von In-Ear-Beschleunigungsmessern und Gyroskopen zu demonstrieren. Diese neuartigen Sensorfunktionen unterstreichen das Potenzial von Earables, einen gesünderen Lebensstil zu fördern und eine proaktive Gesundheitsversorgung zu ermöglichen. Darüber hinaus wird in dieser Dissertation ein innovativer Eye-Tracking-Ansatz namens "earEOG" vorgestellt, welcher Aktivitätserkennung erleichtern soll. Durch die systematische Auswertung von Elektrodenpotentialen, die um die Ohren herum mittels eines modifizierten Kopfhörers gemessen werden, eröffnet diese Dissertation einen neuen Weg zur Messung der Blickrichtung. Dabei ist das Verfahren weniger aufdringlich und komfortabler als bisherige Ansätze. Darüber hinaus wird ein Regressionsmodell eingeführt, um absolute Änderungen des Blickwinkels auf der Grundlage von earEOG vorherzusagen. Diese Entwicklung eröffnet neue Möglichkeiten für Forschung, welche sich nahtlos in das tägliche Leben integrieren lässt und tiefere Einblicke in das menschliche Verhalten ermöglicht. Weiterhin zeigt diese Arbeit, wie sich die einzigarte Bauform von Earables mit Sensorik kombinieren lässt, um neuartige Phänomene zu erkennen. Um die Interaktionsmöglichkeiten von Earables zu verbessern, wird in dieser Dissertation eine diskrete Eingabetechnik namens "EarRumble" vorgestellt, die auf der freiwilligen Kontrolle des Tensor Tympani Muskels im Mittelohr beruht. Die Dissertation bietet Einblicke in die Verbreitung, die Benutzerfreundlichkeit und den Komfort von EarRumble, zusammen mit praktischen Anwendungen in zwei realen Szenarien. Der EarRumble-Ansatz erweitert das Ohr von einem rein rezeptiven Organ zu einem Organ, das nicht nur Signale empfangen, sondern auch Ausgangssignale erzeugen kann. Im Wesentlichen wird das Ohr als zusätzliches interaktives Medium eingesetzt, welches eine freihändige und augenfreie Kommunikation zwischen Mensch und Maschine ermöglicht. EarRumble stellt eine Interaktionstechnik vor, die von den Nutzern als "magisch und fast telepathisch" beschrieben wird, und zeigt ein erhebliches ungenutztes Potenzial im Bereich der Earables auf. Aufbauend auf den vorhergehenden Ergebnissen der verschiedenen Anwendungsbereiche und Forschungserkenntnisse mündet die Dissertation in einer offenen Hard- und Software-Plattform für Earables namens "OpenEarable". OpenEarable umfasst eine Reihe fortschrittlicher Sensorfunktionen, die für verschiedene ohrbasierte Forschungsanwendungen geeignet sind, und ist gleichzeitig einfach herzustellen. Hierdurch werden die Einstiegshürden in die ohrbasierte Sensorforschung gesenkt und OpenEarable trägt somit dazu bei, das gesamte Potenzial von Earables auszuschöpfen. Darüber hinaus trägt die Dissertation grundlegenden Designrichtlinien und Referenzarchitekturen für Earables bei. Durch diese Forschung schließt die Dissertation die Lücke zwischen der Grundlagenforschung zu ohrbasierten Sensoren und deren praktischem Einsatz in realen Szenarien. Zusammenfassend liefert die Dissertation neue Nutzungsszenarien, Algorithmen, Hardware-Prototypen, statistische Auswertungen, empirische Studien und Designrichtlinien, um das Feld des Earable Computing voranzutreiben. Darüber hinaus erweitert diese Dissertation den traditionellen Anwendungsbereich von Kopfhörern, indem sie die auf Audio fokussierten Geräte zu einer Plattform erweitert, welche eine Vielzahl fortschrittlicher Sensorfähigkeiten bietet, um Eigenschaften, Prozesse und Aktivitäten zu erfassen. Diese Neuausrichtung ermöglicht es Earables sich als bedeutende Wearable Kategorie zu etablieren, und die Vision von Earables als eine vielseitige Sensorenplattform zur Erweiterung der menschlichen Fähigkeiten wird somit zunehmend realer