On Real-Time Synthetic Primate Vision

The primate vision system exhibits numerous capabilities. Some important basic visual competencies include: 1) a consistent representation of visual space across eye movements; 2) egocentric spatial perception; 3) coordinated stereo fixation upon and pursuit of dynamic objects; and 4) attentional gaze deployment. We present a synthetic vision system that incorporates these competencies.We hypothesize that similarities between the underlying synthetic system model and that of the primate vision system elicit accordingly similar gaze behaviors. Psychophysical trials were conducted to record human gaze behavior when free-viewing a reproducible, dynamic, 3D scene. Identical trials were conducted with the synthetic system. A statistical comparison of synthetic and human gaze behavior has shown that the two are remarkably similar

Multi-stage Suture Detection for Robot Assisted Anastomosis based on Deep Learning

In robotic surgery, task automation and learning from demonstration combined with human supervision is an emerging trend for many new surgical robot platforms. One such task is automated anastomosis, which requires bimanual needle handling and suture detection. Due to the complexity of the surgical environment and varying patient anatomies, reliable suture detection is difficult, which is further complicated by occlusion and thread topologies. In this paper, we propose a multi-stage framework for suture thread detection based on deep learning. Fully convolutional neural networks are used to obtain the initial detection and the overlapping status of suture thread, which are later fused with the original image to learn a gradient road map of the thread. Based on the gradient road map, multiple segments of the thread are extracted and linked to form the whole thread using a curvilinear structure detector. Experiments on two different types of sutures demonstrate the accuracy of the proposed framework.Comment: Submitted to ICRA 201

Object and feature based modelling of attention in meeting and surveillance videos

MPhilThe aim of the thesis is to create and validate models of visual attention. To this extent, a novel unsupervised object detection and tracking framework has been developed by the author. It is demonstrated on people, faces and moving objects and the output is integrated in modelling of visual attention. The proposed approach integrates several types of modules in initialisation, target estimation and validation. Tracking is rst used to introduce high-level features, by extending a popular model based on low-level features[1]. Two automatic models of visual attention are further implemented. One based on winner take it all and inhibition of return as the mech- anisms of selection on a saliency model with high- and low-level features combined. Another which is based only on high-level object tracking results and statistic proper- ties from the collected eye-traces, with the possibility of activating inhibition of return as an additional mechanism. The parameters of the tracking framework thoroughly investigated and its success demonstrated. Eye-tracking experiments show that high- level features are much better at explaining the allocation of attention by the subjects in the study. Low-level features alone do correlate signi cantly with real allocation of attention. However, in fact it lowers the correlation score when combined with high-level features in comparison to using high-level features alone. Further, ndings in collected eye-traces are studied with qualitative method, mainly to discover direc- tions in future research in the area. Similarities and dissimilarities between automatic models of attention and collected eye-traces are discusse

Physiologically attentive user interface for robot teleoperation: real time emotional state estimation and interface modification using physiology, facial expressions and eye movements

We developed a framework for Physiologically Attentive User Interfaces, to reduce the interaction gap between humans and machines in life critical robot teleoperations. Our system utilizes emotional state awareness capabilities of psychophysiology and classifies three emotional states (Resting, Stress, and Workload) by analysing physiological data along with facial expression and eye movement analysis. This emotional state estimation is then used to create a dynamic interface that updates in real time with respect to user’s emotional state. The results of a preliminary evaluation of the developed emotional state classifier for robot teleoperation are presented, along with its future possibilities are discussed.info:eu-repo/semantics/acceptedVersio

Visual attention and swarm cognition for off-road robots

Tese de doutoramento, Informática (Engenharia Informática), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2011Esta tese aborda o problema da modelação de atenção visual no contexto de robôs autónomos todo-o-terreno. O objectivo de utilizar mecanismos de atenção visual é o de focar a percepção nos aspectos do ambiente mais relevantes à tarefa do robô. Esta tese mostra que, na detecção de obstáculos e de trilhos, esta capacidade promove robustez e parcimónia computacional. Estas são características chave para a rapidez e eficiência dos robôs todo-o-terreno. Um dos maiores desafios na modelação de atenção visual advém da necessidade de gerir o compromisso velocidade-precisão na presença de variações de contexto ou de tarefa. Esta tese mostra que este compromisso é resolvido se o processo de atenção visual for modelado como um processo auto-organizado, cuja operação é modulada pelo módulo de selecção de acção, responsável pelo controlo do robô. Ao fechar a malha entre o processo de selecção de acção e o de percepção, o último é capaz de operar apenas onde é necessário, antecipando as acções do robô. Para fornecer atenção visual com propriedades auto-organizadas, este trabalho obtém inspiração da Natureza. Concretamente, os mecanismos responsáveis pela capacidade que as formigas guerreiras têm de procurar alimento de forma auto-organizada, são usados como metáfora na resolução da tarefa de procurar, também de forma auto-organizada, obstáculos e trilhos no campo visual do robô. A solução proposta nesta tese é a de colocar vários focos de atenção encoberta a operar como um enxame, através de interacções baseadas em feromona. Este trabalho representa a primeira realização corporizada de cognição de enxame. Este é um novo campo de investigação que procura descobrir os princípios básicos da cognição, inspeccionando as propriedades auto-organizadas da inteligência colectiva exibida pelos insectos sociais. Logo, esta tese contribui para a robótica como disciplina de engenharia e para a robótica como disciplina de modelação, capaz de suportar o estudo do comportamento adaptável.Esta tese aborda o problema da modelação de atenção visual no contexto de robôs autónomos todo-o-terreno. O objectivo de utilizar mecanismos de atenção visual é o de focar a percepção nos aspectos do ambiente mais relevantes à tarefa do robô. Esta tese mostra que, na detecção de obstáculos e de trilhos, esta capacidade promove robustez e parcimónia computacional. Estas são características chave para a rapidez e eficiência dos robôs todo-o-terreno. Um dos maiores desafios na modelação de atenção visual advém da necessidade de gerir o compromisso velocidade-precisão na presença de variações de contexto ou de tarefa. Esta tese mostra que este compromisso é resolvido se o processo de atenção visual for modelado como um processo auto-organizado, cuja operação é modulada pelo módulo de selecção de acção, responsável pelo controlo do robô. Ao fechar a malha entre o processo de selecção de acção e o de percepção, o último é capaz de operar apenas onde é necessário, antecipando as acções do robô. Para fornecer atenção visual com propriedades auto-organizadas, este trabalho obtém inspi- ração da Natureza. Concretamente, os mecanismos responsáveis pela capacidade que as formi- gas guerreiras têm de procurar alimento de forma auto-organizada, são usados como metáfora na resolução da tarefa de procurar, também de forma auto-organizada, obstáculos e trilhos no campo visual do robô. A solução proposta nesta tese é a de colocar vários focos de atenção encoberta a operar como um enxame, através de interacções baseadas em feromona. Este trabalho representa a primeira realização corporizada de cognição de enxame. Este é um novo campo de investigação que procura descobrir os princípios básicos da cognição, ins- peccionando as propriedades auto-organizadas da inteligência colectiva exibida pelos insectos sociais. Logo, esta tese contribui para a robótica como disciplina de engenharia e para a robótica como disciplina de modelação, capaz de suportar o estudo do comportamento adaptável.Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT,SFRH/BD/27305/2006); Laboratory of Agent Modelling (LabMag