Sinfonia da camera

Digitoitu 9. 9. 2008.

Real-time Image-based RGB-D Camera Motion Tracking and Environment Mapping

In this work, image based estimation methods, also known as direct methods, are studied which avoid feature extraction and matching completely. Cost functions use raw pixels as measurements and the goal is to produce precise 3D pose and structure estimates. The cost functions presented minimize the sensor error, because measurements are not transformed or modified. In photometric camera pose estimation, 3D rotation and translation parameters are estimated by minimizing a sequence of image based cost functions, which are non-linear due to perspective projection and lens distortion. In image based structure refinement, on the other hand, 3D structure is refined using a number of additional views and an image based cost metric. Image based estimation methods are particularly useful in conditions where the Lambertian assumption holds, and the 3D points have constant color despite viewing angle. The goal is to improve image based estimation methods, and to produce computationally efficient methods which can be accomodated into real-time applications. The developed image-based 3D pose and structure estimation methods are finally demonstrated in practise in indoor 3D reconstruction use, and in a live augmented reality application.

Hand tracking in high-speed camera videos

Visual object tracking has been one of the most popular research topics in the field of computer vision recently. Specifically, hand tracking has attracted significant attention since it would enable many useful practical applications. However, hand tracking is still a very challenging problem which cannot be considered solved. The fact that almost every aspect of hand appearance can change is the fundamental reason for this difficulty. This thesis focused on 2D-based hand tracking in high-speed camera videos. During the project, a toolbox for this purpose was collected which contains nine different tracking methods. In the experiments, these methods were tested and compared against each other with both high-speed videos recorded during the project and publicly available normal speed videos. The results revealed that tracking accuracies varied considerably depending on the video and the method. Therefore, no single method was clearly the best in all videos, but three methods, CT, HT, and TLD, performed better than the others overall. Moreover, the results provide insights about the suitability of each method to different types and situations of hand tracking.

Santa Madera, Camera di Lioni, Fonzal, monerico

Julkaisussa: Libro di Benedetto Bordone nel qual si ragiona de tutte l'isole del mondo

Real-time monitoring of laser scribing process utilizing high-speed camera

Currently, laser scribing is growing material processing method in the industry. Benefits of laser scribing technology are studied for example for improving an efficiency of solar cells. Due high-quality requirement of the fast scribing process, it is important to monitor the process in real time for detecting possible defects during the process. However, there is a lack of studies of laser scribing real time monitoring. Commonly used monitoring methods developed for other laser processes such a laser welding, are sufficient slow and existed applications cannot be implemented in fast laser scribing monitoring. The aim of this thesis is to find a method for laser scribing monitoring with a high-speed camera and evaluate reliability and performance of the developed monitoring system with experiments. The laser used in experiments is an IPG ytterbium pulsed fiber laser with 20 W maximum average power and Scan head optics used in the laser is Scanlab’s Hurryscan 14 II with an f100 tele-centric lens. The camera was connected to laser scanner using camera adapter to follow the laser process. A powerful fully programmable industrial computer was chosen for executing image processing and analysis. Algorithms for defect analysis, which are based on particle analysis, were developed using LabVIEW system design software. The performance of the algorithms was analyzed by analyzing a non-moving image from the scribing line with resolution 960x20 pixel. As a result, the maximum analysis speed was 560 frames per second. Reliability of the algorithm was evaluated by imaging scribing path with a variable number of defects 2000 mm/s when the laser was turned off and image analysis speed was 430 frames per second. The experiment was successful and as a result, the algorithms detected all defects from the scribing path. The final monitoring experiment was performed during a laser process. However, it was challenging to get active laser illumination work with the laser scanner due physical dimensions of the laser lens and the scanner. For reliable error detection, the illumination system is needed to be replaced.

Feature-based camera pose estimation

The estimating of the relative orientation and position of a camera is one of the integral topics in the field of computer vision. The accuracy of a certain Finnish technology company’s traffic sign inventory and localization process can be improved by utilizing the aforementioned concept. The company’s localization process uses video data produced by a vehicle installed camera. The accuracy of estimated traffic sign locations depends on the relative orientation between the camera and the vehicle. This thesis proposes a computer vision based software solution which can estimate a camera’s orientation relative to the movement direction of the vehicle by utilizing video data. The task was solved by using feature-based methods and open source software. When using simulated data sets, the camera orientation estimates had an absolute error of 0.31 degrees on average. The software solution can be integrated to be a part of the traffic sign localization pipeline of the company in question.

Voiko totuutta tavoittaa? : direct cinema -tyylisuunnan käyttö dokumenttielokuvassa

The subject of this study is the use of direct cinema style in documentary film. The main purpose of this thesis was to the research the ways in which direct cinema style attempts to show and achieve truth in documentary films. The following questions were posed: Is it possible to depict reality in a documentary film; how does the choice of using this style affect the final documentary? The essential purpose of this study was to try to see whether the direct cinema style works when trying to achieve truth in a documentary film. This work consints of two elements, the theoretical part and the short documentary. The theoretical part deals with the history, the truth, and the direct cinema- style in documentaries. The theoretical information of direct cinema has been used when making the short documentary. In the documentary Tuloaula 2 I have studied the way in which using direct cinema -style works in practise. The documentary has followed as strictly as possible the direct cinema style. I was the director, the cameraman and the editor of my documentary film. In the documentary film Tuloaula 2 it appeared that the direct cinema style works best when filming everyday life. By using this style it is easy for the director to observe and leave his own persona in the background. The strength in using the direct cinema style is that it enables the viewer to build his/her own impression on the subject. Even though the direct cinema style aims to achieve objectivity the director has to make numerous subjective choices during both the filming and the editing process. These subjective choices automatically effect the "truth" of the documentary film. The difficulty in a direct cinema style is the large amount of material. This often leads to a long editing phase, which is not often possible in the busy production schedules. The direct cinema style is not at its best when shooting people who are passive because their attention often focuses too much on the camera. In general, the best way to make a documentary film would be to use many documentary styles in one film and not to srictly concentrate on only one style.

Videokamera koulutyössä : miten kamera voisi olla kuin kynä?

Tässä opinnäytetyössä tutkin miten videokameraa voi käyttää oppimisen välineenä perusopetuksessa. Tutkielmani perustuu ajatukseen kamerasta audiovisuaalisen kulttuurin kynänä, monipuolisena kirjoittamisen, kuvittamisen ja itsensä ilmaisemisen välineenä, jonka käyttö on yksinkertaista ja tasa-arvoista. Lähestyn kysymystä sekä kasvatuksen, mediakasvatuksen että elokuvateorian näkökulmista ja etsin niiden yhtymäkohtia. Tavoitteena on hahmotella työkaluja ja kehyksiä, joista olisi opettajille hyötyä käytännön koulutyössä, ja jotka auttaisivat entistä paremmin integroimaan mediakasvatuksen näkökulmia opetukseen. Kasvatuksen teoriassa käsittelen konstruktivistista oppimiskäsitystä, jonka mukaan oppiminen on aktiivista ja tavoitteellista toimintaa, jossa oppilas itse rakentaa oman tietonsa. Tästä näkökulmasta tärkeitä ovat monipuoliset ja motivoivat oppimisympäristöt sekä oppilaan luontaista uteliaisuutta ruokkivat työtavat. Korostan myös yhteistoiminnallisen oppimisen menetelmiä, jotka mahdollistavat työskentelyn pienryhmissä siten, että oppilaat pääsevät osallistumaan aktiivisesti ja tasapuolisesti. Videokameran luonnetta työvälineenä käsittelen elokuvateorian näkökulmasta. Nostan esille näkemyksiä, joiden mukaan kamera on erityisesti todellisuuden hahmottamisen väline, jonka katse poikkeaa ihmisen katseesta. Esittelen myös Alexandre Astrucin ajatuksen kamerakynästä, jolla on oma ilmaisuvoimainen kielensä. Liitän nämä ajatukset konstruktivismin kontekstiin: kamera voi olla todellisuuden tutkimisen ja tiedon rakentamisen väline. Teorian ja käytännön kokeilujen pohjalta määrittelen koulutyössä toteutettavalle videokuvaamiselle kolme toiminnallista tavoitetta: tiedon jakamisen, havainnoinnin ja käsittelyn sekä itseilmaisun. Tämän kolmijaon perusteella opetusta on mahdollista suunnitella ja arvioida. Koko tutkimuksen taustalla on huoli audiovisuaalisen mediakulttuurin keskeisten kansalaistaitojen toteutumisesta. Koska tämän päivän media on kiinteä osa yhteiskuntaa, sen päätöksentekoa ja julkista tilaa, on jokaisella kansalaisella oltava siihen vapaa pääsy. Tämä edellyttää taitoja pukea ajatuksiaan mediaviestien muotoon. Jos videokamera on audiovisuaalisen kulttuurin kynä, on sen käyttö kirjoitustaitoon verrattava kansalaistaito.

Lämpökuvaus laadunvarmistustyökaluna talonrakentamisessa

Tutkimuksen tavoitteena oli luoda NCC Rakennus Oy:lle uusi lämpökuvaus-toimintamalli, joka mahdollistaa rakentamisen ja rakennusten työvaiheiden laadunvarmistamisen entistä tehokkaammin. Tutkimuksessa käsiteltiin lämpökuvauksen perusteita, lämpökuvaustoiminnan roolia yrityksen laatujärjestelmässä ja erityispiirteitä eri työlajien laadunvarmistuksessa. Tutkimuksessa keskityttiin uudishankkeisiin toimitilarakentamisessa, asunto-, takuu- ja korjauspuolen aiheita käsiteltiin yleisesti. Insinöörityön lähdemateriaalina käytettiin lämpökuvaus- ja rakennuskirjallisuutta, yleisiä rakennusmääräyksiä ja -ohjeita, haastatteluja ja lämpökuvausraportteja. Teoriaosuuden jälkeen selvitettiin NCC:n kokemuksia lämpökuvauksesta ja kohteissa havaituista lämpöteknisistä ongelmakohdista. Kokeellisia lämpökuvauksia suoritettiin lämpökuvausolosuhteiden salliessa yhteensä seitsemässä toimitilakohteessa, yhdessä rivitalokohteessa, julkisivusaneerauskohteen 14:sta kerrostaloasunnossa ja yhdessä yksityisessä paritaloasunnossa. Toimintamalli osoittautui erittäin tarpeelliseksi ja tehokkaaksi rakennusten lämpöteknisen tiiveyden ja talotekniikan lämmitysjärjestelmien toiminnan varmistamisessa. Toistuvien lämpökuvausten aikana selvisi mittauslaitteiston ominaisuuksien merkitys, aputyökalujen ja tutkimusajan tarve sekä työnaikaisen lämpökuvausraportin rakenne. Insinöörityön tuloksena syntyi lämpökuvauksen avuksi toimintamalli, josta selviää rakennusvaiheittain lämpökuvauksen vaikutustapa, paikka, tiedonkulku, lämpökuvauksessa toistuvat vaiheet, osapuolet, tehtävät ja työkalut. Lämpökuvauksen avuksi luotiin aputyökaluja, jotka ovat avaintyölajien lämpökuvausohjekortit sekä suunnittelussa ja kuvaustilanteessa käytettävä apumateriaali kuten lämpökuvauksen tilauspohja, käyttäjätiedote, mittauspöytäkirja- pohja ja valmiit lämpötilaindeksien mukaiset pintalämpötilojen ohjearvotaulukot.

Rakennustekniikan lämpökuvauspalvelujen kehittäminen

Tämä insinöörityö tehtiin Helsingin ammattikorkeakoulu Stadian Rakennustekniikan koulutusohjelmalle. Helsingin ammattikorkeakoulu Stadia on yksi Suomen suurimmista ammattikorkeakouluista, jonka opiskelijat ovat valmistuessaan alansa asiantuntijoita. Työn tavoitteena oli kehittää Rakennustekniikan koulutusohjelman tuottamia lämpökuvauspalveluja. Työssä selvitettiin, mitkä ovat lämpökuvauspalvelujen kehittämiskohteet ja mihin kehittämistoimenpiteisiin tulisi ryhtyä, jotta palvelujen menestyksekäs tuottaminen tulevaisuudessa varmistetaan. Työ aloitettiin perehtymällä palvelujen johtamisen ja kehittämisen menetelmiin sekä lämpökuvaamisen teknologiaan ja perusteisiin. Lämpökuvauspalvelujen kehittämismenetelmäksi valittiin palveluprosessin kuvaaminen ja siihen kytkeytyvän teknologian, osaamisen ja asiakassuhteiden kehittäminen. Työssä laadittiin seuraavaksi prosessikuvaus lämpökuvauspalveluille, määritettiin prosessiin kytkeytyvä teknologia ja osaaminen sekä kuvattiin palvelun asiakassuhteiden hoitomalli. Kuvausten perusteella kartoitettiin keskeiset kehittämiskohteet ja arvioitiin kehittämismahdollisuuksia. Työn lopputuloksena syntyi lämpökuvauspalvelujen prosessikuvaus sekä toimenpidesuositukset kehittämistoimenpiteistä. Keskeisinä suosituksina kehittämistoimenpiteiksi esitetään panostamista ajantasaiseen lämpökuvausteknologiaan hankkimalla uusi lämpökamera, palveluhenkilöstön osaamisen kehittämistä valmennuksia hyödyntäen sekä systemaattista asiakassuhteiden hoitoa ryhtymällä perusmarkkinointitoimenpiteisiin. Jatkotutkimuskohteeksi ehdotetaan selvitystä Rakennustekniikan koulutusohjelman lämpökuvauslaboratorion perustamismahdollisuuksista.

Coarse Global Visual Localization of a Mobile Robot

Localization, which is the ability of a mobile robot to estimate its position within its environment, is a key capability for autonomous operation of any mobile robot. This thesis presents a system for indoor coarse and global localization of a mobile robot based on visual information. The system is based on image matching and uses SIFT features as natural landmarks. Features extracted from training images arestored in a database for use in localization later. During localization an image of the scene is captured using the on-board camera of the robot, features are extracted from the image and the best match is searched from the database. Feature matching is done using the k-d tree algorithm. Experimental results showed that localization accuracy increases with the number of training features used in the training database, while, on the other hand, increasing number of features tended to have a negative impact on the computational time. For some parts of the environment the error rate was relatively high due to a strong correlation of features taken from those places across the environment.

Kaasun jakauma paineellisissa sulpunkäsittelylaitteissa

Työn tarkoituksena oli tutkia kuinka kaasukuplat jakautuvat sellususpensioon, kun prosessiolosuhteita muutetaan. Kuplien kokojakauman avulla pyritään kartoittamaan kuinka kaasukuplat pilkkoutuvat ja onko olemassa raja-arvoa, milloin tehon lisäys ei enää pilko sellususpensiossa olevia kuplia pienemmiksi. Jakaumien avulla voidaan mahdollisesti kehittää kaasunpoistoa. Työssä selvitettiin voidaanko kameratekniikkaa käyttää kuplakokojen määrittämiseen sellusulpusta. Läpinäkymätön sellumassa tarjoaa kuvaukselle haasteellisen ympäristön. Myöskään kirjallisuudessa ei vastaavaa menetelmää aikaisemmin oltu käytetty. Kuvatusta materiaalista laskettiin kuplien halkaisijat, joita pyrittiin tarkastelemaan tilastollisesti. Tilastollinen tarkastelu toi eroja mittauspisteiden välille. Kuplien halkaisijoiden perusteella mallinnettiin kuplakokoon vaikuttavat prosessisuureet lineaarisella regressioanalyysillä. Mallinnuksen perusteella saatiinvasteisiin vaikuttavat riippumattomat muuttujat ja niiden matemaattiset malliyhtälöt. Tuloksina saatiin selville, että kuplien kokojakaumissa on eroja sekoitussäiliön eri puolilla. Sekoitussäiliössä suurten kuplien suhteellinen osuus kasvaa kaasupitoisuuden ja sakeuden noustessa. Mallinnuksen tärkeimpänä tuloksena voidaan todeta, että sakeus ja kaasutilavuus vaikuttavat kuplakokoon kasvattavasti. Kierrosnopeuden kasvattaminen pienentää kuplakokoa. Visuaalisen informaation avulla on helpompi ymmärtää kuinka kuplat käyttäytyvät.

Suotautuneen massakakun irtoamisominaisuudet

Tässä työssä tutkittiin suotautuneen massakakun adheesiota teräspinnalle. Muuttujina käytettiin tyypillisiä pesuprosessin arvoja. Lisäksi tutkittiin teollisessa pesulaitteessa massakakun irrotuksessa käytettävän paineilmapulssin käyttäytymistä. Kirjallisuusosassa tarkasteltiin suotautuneen massakakun muodostumista, adheesiota ja adheesioon vaikuttavia tekijöitä massakakun irrotuksen kannalta. Lisäksi massakakun irrotuksessa käytettävän paineilman virtaustatarkasteltiin adiabaattisena virtauksena. Kokeellisen osan irrotuskokeissa tutkittiin suotautuneen massakakun adheesiovoimia teräksisen kartion laitoihin ja reikälevyyn. Kokeissa tutkittiin tyypillisten prosessi-muuttujien kuten lämpötilan, pH:n ja kuiva-ainepitoisuuden vaikutusta tarvittavaan kakun irrotusvoimaan. Lisäksi tutkittiin myös kartion kulman ja pinnanlaadun vaikutusta. Adheesiokokeiden perusteella pystyttiin laskemaan massakakun irrotukseen tarvittava rajapaine teollisen pesulaitteen lokeron suodoskanavassa. Kokeellisen osan paineilmakokeissa tutkittiin irrotuksessa käytettävän paineilman painevaikutusta ja virtausta teollisen pesulaitteen lokerossa ja näihin vaikuttavia rakenteellisten ja prosessiteknisten parametrien vaikutusta. Lisäksi tutkimusta täydennettiin videokuvauksen avulla tutkimalla paineaallon etenemistä merkkiaineen avulla.

An Image Enhancement Technique using MTF of Human eye

Image filtering is a highly demanded approach of image enhancement in digital imaging systems design. It is widely used in television and camera design technologies to improve the quality of an output image to avoid various problems such as image blurring problem thatgains importance in design of displays of large sizes and design of digital cameras. This thesis proposes a new image filtering method basedon visual characteristics of human eye such as MTF. In contrast to the traditional filtering methods based on human visual characteristics this thesis takes into account the anisotropy of the human eye vision. The proposed method is based on laboratory measurements of the human eye MTF and takes into account degradation of the image by the latter. This method improves an image in the way it will be degraded by human eye MTF to give perception of the original image quality. This thesis gives a basic understanding of an image filtering approach and the concept of MTF and describes an algorithm to perform an image enhancement based on MTF of human eye. Performed experiments have shown quite good results according to human evaluation. Suggestions to improve the algorithm are also given for the future improvements.

Kontekstitietoisen mobiilipelin suunnittelu ja toteutus

Kontekstitietoisuuden katsotaan voivan parantaa sovellusten ja palvelujen käytettävyyttä matkapuhelimissa. Kontekstitietoisuuden tekniikoita voidaan käyttää myös peleissä, joko siksi, että ne mahdollistavat uudenlaisia pelejä, tai siksi, että peleillä voidaan havainnollistaa ja testata eri tekniikoiden toimintaa. Diplomityössä esitellään prototyyppi monen pelaajan kontekstitietoisesta mobiilipelistä, jossa pelivälineinä käytetään kamerapuhelimella luettavia tavallisia viivakoodeja. Viivakoodit on yhdistetty palvelimella sijaitsevan pelimaailman kohteisiin, joiden omistuksesta pelaajat kilpailevat. Peliä on tarkoitus arvioida myöhemmin pelattavuuden ja idean kiinnostavuuden kannalta. Prototyypin toinen tehtävä on havainnollistaa Multi-User Publishing Environment (MUPE) -sovellusalustan tukea kontekstitietoisuudelle. Työ kuvaa pelin suunnittelun, toteutuksen ja arvioinnin alkaen varhaisimmista ideoista ja päättyen osittaiseen prototyyppiin. Prototyypissä on toteutettu osa pelilogiikasta ja käyttöliittymästä, mutta sitä ei ole integroitu kontekstitietoa kerääviin sensoreihin. Pelin suunnittelussa käytettiin apuna heuristista arviointia ja kahta fokusryhmähaastattelua.