A survey of visual preprocessing and shape representation techniques

Many recent theories and methods proposed for visual preprocessing and shape representation are summarized. The survey brings together research from the fields of biology, psychology, computer science, electrical engineering, and most recently, neural networks. It was motivated by the need to preprocess images for a sparse distributed memory (SDM), but the techniques presented may also prove useful for applying other associative memories to visual pattern recognition. The material of this survey is divided into three sections: an overview of biological visual processing; methods of preprocessing (extracting parts of shape, texture, motion, and depth); and shape representation and recognition (form invariance, primitives and structural descriptions, and theories of attention)

Event-Driven Technologies for Reactive Motion Planning: Neuromorphic Stereo Vision and Robot Path Planning and Their Application on Parallel Hardware

Die Robotik wird immer mehr zu einem Schlüsselfaktor des technischen Aufschwungs. Trotz beeindruckender Fortschritte in den letzten Jahrzehnten, übertreffen Gehirne von Säugetieren in den Bereichen Sehen und Bewegungsplanung noch immer selbst die leistungsfähigsten Maschinen. Industrieroboter sind sehr schnell und präzise, aber ihre Planungsalgorithmen sind in hochdynamischen Umgebungen, wie sie für die Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) erforderlich sind, nicht leistungsfähig genug. Ohne schnelle und adaptive Bewegungsplanung kann sichere MRK nicht garantiert werden. Neuromorphe Technologien, einschließlich visueller Sensoren und Hardware-Chips, arbeiten asynchron und verarbeiten so raum-zeitliche Informationen sehr effizient. Insbesondere ereignisbasierte visuelle Sensoren sind konventionellen, synchronen Kameras bei vielen Anwendungen bereits überlegen. Daher haben ereignisbasierte Methoden ein großes Potenzial, schnellere und energieeffizientere Algorithmen zur Bewegungssteuerung in der MRK zu ermöglichen. In dieser Arbeit wird ein Ansatz zur flexiblen reaktiven Bewegungssteuerung eines Roboterarms vorgestellt. Dabei wird die Exterozeption durch ereignisbasiertes Stereosehen erreicht und die Pfadplanung ist in einer neuronalen Repräsentation des Konfigurationsraums implementiert. Die Multiview-3D-Rekonstruktion wird durch eine qualitative Analyse in Simulation evaluiert und auf ein Stereo-System ereignisbasierter Kameras übertragen. Zur Evaluierung der reaktiven kollisionsfreien Online-Planung wird ein Demonstrator mit einem industriellen Roboter genutzt. Dieser wird auch für eine vergleichende Studie zu sample-basierten Planern verwendet. Ergänzt wird dies durch einen Benchmark von parallelen Hardwarelösungen wozu als Testszenario Bahnplanung in der Robotik gewählt wurde. Die Ergebnisse zeigen, dass die vorgeschlagenen neuronalen Lösungen einen effektiven Weg zur Realisierung einer Robotersteuerung für dynamische Szenarien darstellen. Diese Arbeit schafft eine Grundlage für neuronale Lösungen bei adaptiven Fertigungsprozesse, auch in Zusammenarbeit mit dem Menschen, ohne Einbußen bei Geschwindigkeit und Sicherheit. Damit ebnet sie den Weg für die Integration von dem Gehirn nachempfundener Hardware und Algorithmen in die Industrierobotik und MRK

Improving Sonar Image Patch Matching via Deep Learning

Matching sonar images with high accuracy has been a problem for a long time, as sonar images are inherently hard to model due to reflections, noise and viewpoint dependence. Autonomous Underwater Vehicles require good sonar image matching capabilities for tasks such as tracking, simultaneous localization and mapping (SLAM) and some cases of object detection/recognition. We propose the use of Convolutional Neural Networks (CNN) to learn a matching function that can be trained from labeled sonar data, after pre-processing to generate matching and non-matching pairs. In a dataset of 39K training pairs, we obtain 0.91 Area under the ROC Curve (AUC) for a CNN that outputs a binary classification matching decision, and 0.89 AUC for another CNN that outputs a matching score. In comparison, classical keypoint matching methods like SIFT, SURF, ORB and AKAZE obtain AUC 0.61 to 0.68. Alternative learning methods obtain similar results, with a Random Forest Classifier obtaining AUC 0.79, and a Support Vector Machine resulting in AUC 0.66.Comment: Author versio

Computational intelligence approaches to robotics, automation, and control [Volume guest editors]

No abstract available

Unsupervised Understanding of Location and Illumination Changes in Egocentric Videos

Wearable cameras stand out as one of the most promising devices for the upcoming years, and as a consequence, the demand of computer algorithms to automatically understand the videos recorded with them is increasing quickly. An automatic understanding of these videos is not an easy task, and its mobile nature implies important challenges to be faced, such as the changing light conditions and the unrestricted locations recorded. This paper proposes an unsupervised strategy based on global features and manifold learning to endow wearable cameras with contextual information regarding the light conditions and the location captured. Results show that non-linear manifold methods can capture contextual patterns from global features without compromising large computational resources. The proposed strategy is used, as an application case, as a switching mechanism to improve the hand-detection problem in egocentric videos.Comment: Submitted for publicatio