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In this review, we describe current Machine Learning approaches to hand gesture recognition with depth data from time-of-flight sensors. In particular, we summarise the achievements on a line of research at the Computational Neuroscience laboratory at the Ruhr West University of Applied Sciences. Relating our results to the work of others in this field, we confirm that Convolutional Neural Networks and Long Short-Term Memory yield most reliable results. We investigated several sensor data fusion techniques in a deep learning framework and performed user studies to evaluate our system in practice. During our course of research, we gathered and published our data in a novel benchmark dataset (REHAP), containing over a million unique three-dimensional hand posture samples.
DamokleS 4.0
(2019)
Dieser interne Bericht beschreibt die Zielsetzung, Durchführung und Auswertung des Projektes Damokles 4.0. Das Projekt zielt darauf ab, neue, digitale Technologien in die Schwerindustrie einzuführen um Produktionsprozesse zu modernisieren. Unter Einsatz neuer Technologien, insbesondere mobiler Geräte, soll ein cyberphyiskalisches System (CPS) eine kontextbasierte und künstlich intelligente Unterstützung der Mitarbeiter in den Bereichen der Schwerindustrie ermöglichen. Hierzu werden typische Anwendungsfälle und die damit verbundenen Szenarien zur Unterstützung der Mitarbeiter auf Basis von neuen, flexiblen, adaptiven und mobilen Technologien, wie Augmented Reality und künstlicher Intelligenz, modelliert. Um den Prototypen einer AR-Anwendung und einer kamerabasierte Personenverfolgung zu entwickeln, hat die Hochschule Ruhr West im kleinen Technikum am Campus Bottrop eine entsprechende industrielle Umgebung simuliert. Die Projektergebnisse zeigen die Anwendbarkeit der vorgeschlagenen Softwareansätze und die Ergebnisse einer Untersuchung der psychologischen Einflüsse auf die Mitarbeiter.
For face recognition from video streams speed and accuracy are vital aspects. The first decision whether a preprocessed image region represents a human face or not is often made by a feed-forward neural network (NN), e.g. in the Viisage-FaceFINDER® video surveillance system. We describe the optimisation of such a NN by a hybrid algorithm combining evolutionary multi-objective optimisation (EMO) and gradient-based learning. The evolved solutions perform considerably faster than an expert-designed architecture without loss of accuracy. We compare an EMO and a single objective approach, both with online search strategy adaptation. It turns out that EMO is preferable to the single objective approach in several respects.
Im vorliegenden Beitrag wird ein hochsprachenprogrammierbares System zur schritthaltenden Vollbild-Interpretation natürlich beleuchteter Szenenfolgen im Videotakt vorgestellt. Im einzelnen werden folgende Teilmodule und Subsysteme beschrieben: eine hochdynamische, pixellokal autoadaptive CMOS-Kamera mit ca. 120 dB Helligkeitsdynamik (20Bits/Pixel) ein hochsprachenprogrammierbarer Systolic Array Prozessor (für die pixelbezogenen Verarbeitungsmodule) im PCI-Kartenformat, samt optimierendem Compiler, Simulator und Emulator Systemprozeßgerüste unter Linux auf den für die Echtzeit-Anwendungen eingesetzten Hostrechnern (z.B. DEC/Alpha oder Intel/ Pentium)eine prototypische Anwendung zur bildverarbeitungsbasierten Eigenbewegungsbeobachtung (Translationsrichtung, Eotationsraten)eine prototypische, automotive Anwendung zur schritthalt enden Detektion und Kartierung des Straßen- und Spurverlaufs unter partieller monokularer 3D-Rekonstruktion, sowie prototypische Anwendungen zur Klassifikation verkehrsrelevanter Hindernisse (Verkehrsteilnehmer)
Coming out of the labs, the first robots are currently appearing on the consumer market. Initially they target rather simple application scenarios ranging from entertainment to home convenience. However, one can expect, that they will capture more complex areas soon. These robots will have a higher and higher level and a broad range of functional competence, and will collaborate and interactively communicate with their human users. All this requires considerable cognitive abilities on the robot’s side and appropriate man-machine interaction technologies. Apart from further development of individual functions and technologies it is crucial to build and evaluate fully integrated systems. This paper describes our approach to construct a robotic assistance system. We present experience with an integrated technology demonstration and the exposure of the integrated system to the public.
The first robots are currently appearing on the consumer market. Initially they are targeted at rather simple applications such as entertainment and home convenience. For more complex areas, these robots will need to collaborate and interactively communicate with their human users, which requires appropriate man-machine interaction technologies and considerable cognitive abilities on the robot's side. Consumer acceptance will strongly depend on the integrated system. Thus, system integration and evaluation of the integrated system is becoming increasingly important. This paper describes our approach to construct a robotic assistance system. We present experience with an integrated technology demonstration and exposure of the integrated system to the public.
Multimodaler Sensor zur Fahrzeugführung: Teilprojekt: Architektur, Rundumsicht und Objekterkennung
(1997)
Systeme zur automatisierten Bildanalyse sind vielfältig einsetzbar und gewinnen aufgrund technologischer Weiterentwicklungen und gesellschaftlicher Akzeptanz zunehmend an Bedeutung. Schwerpunkt im Bereich der "Technischen Bildverarbeitung dynamischer Szenen" ist die Entwicklung von Methoden, die bei der Interpretation von Bildern aus verschiedenen Sensordaten Verwendung finden. Dies sind neben den herkömmlichen Kamerabildern im wesentlichen Röntgen- und Radarbilder. Unter geeigneter Berücksichtigung der durch die jeweiligen Anwendungen vorgegebenen Randbedingungen werden daraus entsprechende Verfahren abgeleitet. Derzeitige Projekte beschäftigen sich mit der Analyse von Straßenverkehrsszenen, der Detektion von Sprengstoffzündern bei der Durchleuchtung von Fluggepäck, sowie mit der Bestimmung von Art und Ausdehnung von Ölverschmutzungen bei der Meeresüberwachung.
Systems for automated image analysis are useful for a variety of tasks and their importance is still increasing due to technological advances and an increase of social acceptance. The main focus of "Technical Image Processing of Dynamic Scenes" lies
with the development of methods for the interpretation of images derived from various sensors. Apart from conventional visual images, this involves mainly X-ray and radar images. Taking into account the requirements of the various applications, suitable methods are derived. Current projects are dealing with the analysis of traffic scenes, detection of detonators when X-raying luggage and determination of type and expansion of oil pollution in maritime surveillance.
To reduce the number of traffic accidents and to increase the drivers comfort, the thought of designing driver assistance systems arose in the past years. Fully or partly autonomously guided vehicles, particularly for road traffic, pose high demands on the development of reliable algorithms. Principal problems are caused by having a moving observer in predominantly natural environments. At the Institut fur Neuroinformatik methods for analyzing driving relevant scenes by computer vision are developed in cooperation with several partners from the automobile industry. We present a solution for a driver assistance system. We concentrate on the aspects of video-based scene analysis and organization of behavior.
Das vorliegende Paper gibt einen Überblick über das Verhalten von modernen, autonom navigierenden Fahrzeugen in Baustellen. Dabei werden besondere Herausforderungen für die autonome Navigation im Baustellenbereich benannt. Außerdem wird ein Überblick über die Sensorausstattung und die Fahrerassistenzsysteme von modernen Fahrzeugen gegeben und es werden Technologien vorgestellt, die für eine Verbesserung der autonomen Navigation durch Baustellen genutzt werden können. Es wird ein Versuch durchgeführt, der aufzeigt, wie zuverlässig moderne Fahrzeuge durch Baustellensituationen navigieren können. Dabei werden Schwachstellen, wie bspw. die mangelnde Verfügbarkeit von Fahrerassistenzsystemen bei niedrigen Geschwindigkeiten, aufgedeckt.
Autonomous driving is one of the future visions in which many vehicle manufacturers are working with high pressure.
Nowadays, it is already supported partially by high-class vehicles. A completely autonomous journey is indeed the goal, but in cars for
the public road traffic still not available. Automatic lane keeping assistants, speed regulators as well as shield and obstacle detections
are parts or precursors on the way to completely autonomous driving.
The American vehicle manufacturer Tesla is not only known for its electric drive, but also for the fact that high-pressure work is carried out on the autonomous drive. Tesla is thus the only vehicle manufacturer to use its users as so-called beta testers for its assistance systems. The progress and the function of the currently available Model S in the field of assistance systems and autonomic driving is documented and described in this paper. It is shown how good or bad the test vehicle manages scenarios in normal road traffic situations
with the assistance systems, e.g. lane keeping assistant, speed control, lane change and distance assistant, and which scenarios can
not be managed by the vehicle itself.
Relax yourself - Using Virtual Reality to enhance employees mental health and work performance
(2019)
This paper presents work-in-progress aiming to develop an actively adapting virtual reality (VR) relaxation application. Due to the immersive nature of VR technologies, people can escape from their real environment and get into a relaxing state. Goal of the application is to adapt to the users' physiological signals to foster the positive effect. Until now, a first version of the VR application was constructed and is currently evaluated in an experiment. Preliminary results of this study demonstrate that people appreciate the immersion into the virtual environment and escape from reality. Moreover, participants highlighted the option to adapt users' needs and preferences. Based on the final study data, the constructed application will be enhanced with regard to adoption and surrounding factors.
Increasing economic viability and safety through structural health monitoring of wind turbines
(2017)
Serious accidents with property damage or even human casualties, result from structural flaws in wind turbine rotor blades. Common maintenance practices result in long downtimes and do not lead to the required results. Therefore, the Ruhr West University of Applied Sciences and the iQbis Consulting GmbH, currently research a new structural health monitoring method for wind turbine rotor blades. The goal of this project is to build a sensor system that can detect structural weaknesses inside of rotor blades without the need of downtime for industrial climbers. This technology has the potential to prevent accidents, save lives, extend the useful life of wind turbines and optimize the production of green energy.
Für das sichere Führen von Fahrzeugen im Straßenverkehr ist ein hohes Maß an Informationsverarbeitung notwendig, um aus den zur Verfügung stehenden Informationen, Handlungen für die Fahrzeugsteuerung abzuleiten. Der Mensch löst diese Aufgabe hauptsächlich auf der Basis visueller Informationen. Durch die Arbeitsweise des menschlichen Gehirns motiviert, wird am Institut für Neuroinformatik der Ruhr-Universität Bochum an einer Fahrzeugführung mittels Computer Vision gearbeitet. Fortlaufend oder zumindest in kurzen Abständen müssen hierbei Verkehrsteilnehmer aus den visuellen Informationen extrahiert und danach weiter attributiert werden. Wichtige Eigenschaften sind hierbei: Objektklasse (PKW, LKW, Fußgänger etc.), Abstand, Geschwindigkeit, Bewegungsrichtung und das Gefahrenpotential bezüglich der eigenen Ortsveränderung. Die Vielzahl der durch die Umwelt aufgestellten Randbedingungen und das aus der Aufgabenstellung implizierte hohe Maß an Sicherheit bedingen ein robustes und flexibles Gesamtsystem. Dieses Gesamtsystem besteht zum einen aus Basis-Algorithmen zur Vorverarbeitung der Eingabedaten und Extraktion von Bildmerkmalen und zum anderen aus darauf aufbauenden Verfahren zur Segmentierung, Klassifizierung und Verfolgung von Fahrzeugen.
We present a pipeline for recognizing dynamic freehand gestures on mobile devices based on extracting depth information coming from a single Time-of-Flight sensor. Hand gestures are recorded with a mobile 3D sensor, transformed frame by frame into an appropriate 3D descriptor and fed into a deep LSTM network for recognition purposes. LSTM being a recurrent neural model, it is uniquely suited for classifying explicitly time-dependent data such as hand gestures. For training and testing purposes, we create a small database of four hand gesture classes, each comprising 40 × 150 3D frames. We conduct experiments concerning execution speed on a mobile device, generalization capability as a function of network topology, and classification ability ‘ahead of time’, i.e., when the gesture is not yet completed. Recognition rates are high (>95%) and maintainable in real-time as a single classification step requires less than 1 ms computation time, introducing freehand gestures for mobile systems.