Directional Estimation for Robotic Beating Heart Surgery

In robotic beating heart surgery, a remote-controlled robot can be used to carry out the operation while automatically canceling out the heart motion. The surgeon controlling the robot is shown a stabilized view of the heart. First, we consider the use of directional statistics for estimation of the phase of the heartbeat. Second, we deal with reconstruction of a moving and deformable surface. Third, we address the question of obtaining a stabilized image of the heart

Efficient Evaluation of the Probability Density Function of a Wrapped Normal Distribution

The wrapped normal distribution arises when a the density of a one-dimensional normal distribution is wrapped around the circle infinitely many times. At first look, evaluation of its probability density function appears tedious as an infinite series is involved. In this paper, we investigate the evaluation of two truncated series representations. As one representation performs well for small uncertainties whereas the other performs well for large uncertainties, we show that in all cases a small number of summands is sufficient to achieve high accuracy

Measurement of visibility from the pilot's cockpit on different airplane types

A process for the measurement of the visibility of airplanes from the pilot's cockpit is developed. The apparatus necessary for the measurements was suitably constructed and measurements of the fields of vision were made with it. The visibilities of six airplanes of different types of construction and use were measured, as well as the visibility of an automobile for comparison. An attempt was made to establish minimum visibility requirements and to express the excellence of visibility by means of a numerical coefficient

Recursive Estimation of Orientation Based on the Bingham Distribution

Directional estimation is a common problem in many tracking applications. Traditional filters such as the Kalman filter perform poorly because they fail to take the periodic nature of the problem into account. We present a recursive filter for directional data based on the Bingham distribution in two dimensions. The proposed filter can be applied to circular filtering problems with 180 degree symmetry, i.e., rotations by 180 degrees cannot be distinguished. It is easily implemented using standard numerical techniques and suitable for real-time applications. The presented approach is extensible to quaternions, which allow tracking arbitrary three-dimensional orientations. We evaluate our filter in a challenging scenario and compare it to a traditional Kalman filtering approach

Detecting Invalid Map Merges in Lifelong SLAM

For Lifelong SLAM, one has to deal with temporary localization failures, e.g., induced by kidnapping. We achieve this by starting a new map and merging it with the previous map as soon as relocalization succeeds. Since relocalization methods are fallible, it can happen that such a merge is invalid, e.g., due to perceptual aliasing. To address this issue, we propose methods to detect and undo invalid merges. These methods compare incoming scans with scans that were previously merged into the current map and consider how well they agree with each other. Evaluation of our methods takes place using a dataset that consists of multiple flat and office environments, as well as the public MIT Stata Center dataset. We show that methods based on a change detection algorithm and on comparison of gridmaps perform well in both environments and can be run in real-time with a reasonable computational cost.Comment: Accepted at IROS 202

Der optimierte Einsatz des elektromagnetischen Induktionsverfahrens unter Tage

Die Arbeit beschäftigt sich mit der Anwendung des elektromagnetischen Induktionsverfahrens unter Tage im Salinar sowie der Auswertung und Interpretation der unter Tage gewonnenen Messdaten. Es werden die speziellen Vollraumverhältnisse berücksichtigt, d.h. die räumliche Lage eines Störkörpers (z.B. Laugenreservoir) kann beliebig sein. Einfache analytische Lösungen (Vollraum, Schichtmodell) werden genutzt, um Effekte des Vollraumes im Vergleich zum Halbraum abzuschätzen. Dafür werden realistische Messparameter (Messfrequenz: 10 kHz, Spulenabstand: 20 m) angenommen. Die analytischen Lösungen werden weiterhin zur Überprüfung des Berechnungsalgorithmus eines numerischen 3D-Finite-Differenzen-Programm verwendet. Es werden spezielle Effekte, wie der Einfluss des Stoßes oder die Wirkung von Streckeneinmündungsbereiche untersucht. Als Ausgangsmodell zur Simulation von Laugenreservoiren wird ein Basismodell konstruiert. Dazu dient ein Störkörper mit der Geometrie eines Würfels (Kantenlänge: 50 m), der 2,5 m vom Messniveau entfernt ist und einen spez. Widerstand von 1 Ohmm besitzt. Dieses Modell ist in allen untersuchten Spulenkonfigurationen (horizontal koplanar, vertikal koplanar, vertikal koaxial) deutlich zu erkennen und zeigt für jede Konfiguration eine typische Kurvenform. Die Geometrie des Basismodells (Breite des Störkörpers, Höhe des Störkörpers, Entfernung des Störkörpers vom Spulensystem) wird systematisch verändert, um die Detektierbarkeit für das verwendete Messgerät zu untersuchen. Das Basismodell wird um einen weiteren Störkörper, der eine Sohle simuliert, erweitert. Die Sohle beeinflusst die Amplitude z.T. wesentlich, verändert aber den qualitativen Kurvenverlauf der charakteristisch für die jeweilige Konfiguration ist kaum. Eine eindeutige Lokalisierung des Störkörpers im Raum ist mit einer zusätzlichen Messung in minimaler Spulenkopplung möglich. Anhand der charakteristischen Kurvenform kann bereits aus einer maximal gekoppelten Spulenanordnung geschlossen werden, ob sich ein Störkörper über, unter bzw. seitlich des Spulensystems befindet; die Angabe der räumlichen Lage ist zweideutig. Mit einer minimal gekoppelten Spulenanordnung wird in der IP-Komponente eine markante Anomalie gemessen, mit der der Störkörper eindeutig zugeordnet werden kann. Praktische Messungen erfolgten in der Grube Bischofferode im ehemaligen Kali-Südharzrevier entlang von mehreren Mess-Strecken. Im Nordfeld der Grube wurde ein voluminöses Laugenreservoir mit einem spez. Widerstand von 3 Ohmm bestimmt. Diesem anomalen Bereich schloss sich ein Streckenbereich an, der sich homogen mit einem mittleren spez. Widerstand von 60 Ohmm abzeichnete. Im Vergleich zu anderen geophysikalischen Methoden kommt das elektromagnetische Induktionsverfahren ohne aufwendige Installationen aus, so dass es schnell einsatzbereit ist. Durch gezielte Auswahl der Frequenzen und eine sinnvolle Schrittweite, kann eine zusätzliche Erhöhung des Messfortschrittes erreicht werden. Das wurde für Untersuchungen in einem weiteren Grubenfeld ausgenutzt, um die Leitfähigkeitsverhältnisse schnell zu erfassen. Ein über 400 m langes Profil konnte innerhalb von 3,5 h Stunden, bezüglich seiner Leitfähigkeitsverteilung untersucht werden