Sensor Fusion of Proprioception, Force and Vision in Estimation and Robot

Sensor-based robot control allows manipulation in dynamic environments with uncertainties. Vision is a versatile low-cost sensory modality, but low sample rate, high sensor delay and uncertain measurements limit its usability, especially in strongly dynamic environments. Force is a complementary sensory modality allowing accurate measurements of local object shape when a tooltip is in contact with the object. In multimodal sensor fusion, several sensors measuring different modalities are combined to give a more accurate estimate of the environment. As force and vision are fundamentally different sensory modalities not sharing a common representation, combining the information from these sensors is not straightforward. In this thesis, methods for fusing proprioception, force and vision together are proposed. Making assumptions of object shape and modeling the uncertainties of the sensors, the measurements can be fused together in an extended Kalman filter. The fusion of force and visual measurements makes it possible to estimate the pose of a moving target with an end-effector mounted moving camera at high rate and accuracy. The proposed approach takes the latency of the vision system into account explicitly, to provide high sample rate estimates. The estimates also allow a smooth transition from vision-based motion control to force control. The velocity of the end-effector can be controlled by estimating the distance to the target by vision and determining the velocity profile giving rapid approach and minimal force overshoot. Experiments with a 5-degree-of-freedom parallel hydraulic manipulator and a 6-degree-of-freedom serial manipulator show that integration of several sensor modalities can increase the accuracy of the measurements significantly.

Demonstration Platform for Visual Quality Metrics

This thesis presents two graphical user interfaces for the project DigiQ - Fusion of Digital and Visual Print Quality, a project for computationally modeling the subjective human experience of print quality by measuring the image with certain metrics. After presenting the user interfaces, methods for reducing the computation time of several of the metrics and the image registration process required to compute the metrics, and details of their performance are given. The weighted sample method for the image registration process was able to signifigantly decrease the calculation times while resulting in some error. The random sampling method for the metrics greatly reduced calculation time while maintaining excellent accuracy, but worked with only two of the metrics.

Bag-of-Features Approach to Unsupervised Visual Object Categorisation

The large and growing number of digital images is making manual image search laborious. Only a fraction of the images contain metadata that can be used to search for a particular type of image. Thus, the main research question of this thesis is whether it is possible to learn visual object categories directly from images. Computers process images as long lists of pixels that do not have a clear connection to high-level semantics which could be used in the image search. There are various methods introduced in the literature to extract low-level image features and also approaches to connect these low-level features with high-level semantics. One of these approaches is called Bag-of-Features which is studied in the thesis. In the Bag-of-Features approach, the images are described using a visual codebook. The codebook is built from the descriptions of the image patches using clustering. The images are described by matching descriptions of image patches with the visual codebook and computing the number of matches for each code. In this thesis, unsupervised visual object categorisation using the Bag-of-Features approach is studied. The goal is to find groups of similar images, e.g., images that contain an object from the same category. The standard Bag-of-Features approach is improved by using spatial information and visual saliency. It was found that the performance of the visual object categorisation can be improved by using spatial information of local features to verify the matches. However, this process is computationally heavy, and thus, the number of images must be limited in the spatial matching, for example, by using the Bag-of-Features method as in this study. Different approaches for saliency detection are studied and a new method based on the Hessian-Affine local feature detector is proposed. The new method achieves comparable results with current state-of-the-art. The visual object categorisation performance was improved by using foreground segmentation based on saliency information, especially when the background could be considered as clutter.

Defining the art of grammar: Ancient perceptions of γραμματική and grammatical

The subject of this dissertation, which belongs to the field of Classical Philology, are the definitions of the art of grammar found in Greek and Latin sources from the Classical era to the second century CE. Definitions survive from grammarians, philosophers, and general scholars. I have examined these definitions from two main points of view: how they are formed, and how they reflect the development of the art itself. Defining formed part of dialectic, in practice also of rhetoric, and was perceived as important from the Classical era onwards. Definitions of grammar seem to have become established as part of preliminary discussions, located at the beginning of grammatical manuals (tékhnai, artes). These discussions included certain principal notions of the art; in addition to the definition, a list of the parts of the art was also typically included. These lists were formed by two different methods: division (diaíresis, divisio) and partition (merismós, partitio). Many of the grammarians may actually have been unfamiliar with these methods, unlike the two most important scholars of the Late Republic, Varro and Cicero. Significant attention was devoted to the question whether the art of grammar is based on lógos or empeiría. This epistemological question had its roots in medical theories, which were prominent in Alexandria. In the history of the concept of grammatiké or grammatica, three stages become evident. In the Classical era, the Greek term is used to refer to a very concrete art of letters (grámmata); from the Hellenistic era onwards it refers to the art developed by the Alexandrian scholars, a matter of textual and literary criticism. Towards the end of the Hellenistic era, the grammarian also becomes involved with the question of correct language, which gradually begins to appear in the definitions as well.

La traduzione della letteratura per l’infanzia dal finlandese all’italiano: l’esempio degli albi illustrati di Mauri Kunnas

Despite the increasing number of research on translating for children, no study has so far taken into consideration the translations of children’s literature from Finnish into Italian. This dissertation sets out to fill this gap with a comparative study of Finnish picturebooks and their translations into Italian. Besides being the first research in the field analysing the shifts between these two systems, the study thoroughly investigates the characteristics of the translation process of picturebooks. The works chosen as case study are the Finnish picturebooks by Mauri Kunnas and their Italian translations from the period 1979-2009 because they are characterized by a high number of linguistic and cultural complexities which challenge translators’ skills and knowledge. The dissertation establishes whether and how culture-specific elements (anthroponyms, toponyms, food and allusions) and the word-image interaction have a significant impact on the quality and the nature of the target works, and also whether these aspects are still consistent after the translation and the adaptation process to the target system. Since picturebooks are multimodal texts whose message is produced by both the verbal and the visual, it has been necessary to use a multimodal comparative analysis. Such a descriptive comparative study has allowed me to describe the textual and cultural manipulations undergone by Kunnas’s picturebooks translated into Italian. Indeed, it has helped to identify what kind of shifts occur when cultural specific elements are transferred from the source system to the target one, to determine the most frequent translation strategies used to ensure a higher degree of readability, and to establish whether particular translation choices have contributed to modify the word-image interaction. The results of the multimodal comparative analysis have shown that Italian translators have been deeply influenced by the preponderance of the illustrations and for this reason they have often verbalised the visual and added information not originally contained in the source written text. Moreover, the findings of the analysis together with the interviews to the Italian translator and publishing house have also demonstrated that the latter aimed at producing works “good for the child” – and at the same time “good for the adult” – and at minimizing Finnish cultural specificity, even to the detriment of the aesthetic nature of the original picturebooks.

Changing teachers´ practices in regular schools enrolling children with visual impairment

The number of persons with visual impairment in Tanzania is estimated to over 1.6 million. About half a million of these persons are children aged 7-13. Only about 1% of these children are enrolled in schools. The special schools and units are too few and in most cases they are far away from the children’s homes. More and more regular schools are enrolling children with visual impairment, but the schools lack financial resources, tactile teaching materials and trained special education teachers. Children with visual impairment enrolled in regular schools seldom get enough support and often fail in examinations. The general aim of this study was to contribute to increased knowledge and understanding about how teachers can change their teaching practices and thus facilitate the learning of children with visual impairment included in regular classrooms as they participate in an action research project. The project was conducted in a primary school in a poor rural region with a high frequency of blindness and visual impairment. The school was poorly resourced and the average number of pupils per class was 90. The teachers who participated in the collaborative action research project were the 14 teachers who taught blind or visually impaired pupils in grades 4 and 6, in total 6 pupils. The action research project was conducted during a period of 6 months and was carried out in five cycles. The teachers were actively involved in all the project activities; identifying challenges, planning solutions, producing teaching materials, reflecting on outcomes, collaborating and evaluating. Empirical data was collected with questionnaires, interviews, observations and focus group discussions. The findings of the study show that the teachers managed to change their teaching practices through systematic reflection, analysis and collaboration. The teachers produced a variety of tactile teaching materials, which facilitated the learning of the pupils with visual impairment. The pupils learned better and felt more included in the regular classes. The teachers gained new knowledge and skills. They grew professionally and started to collaborate with each other. The study contributes to new knowledge of how collaborative action research can be conducted in the area of special education in a Tanzanian school context. The study has also relevance to the planning of school-based professional development programs and teacher education programs in Tanzania and in other low-income countries. The results also point at strategies which can promote inclusion of children with disabilities in regular schools.

Mielikuvien luominen traileroinnilla : tutkimuskohteena Big Brother Suomi

The thesis studies the launch campaign of Big Brother Finland, especially from the viewpoint of on-air promotion. Interest to the subject arose when participating in the campaign as an on-air promotion planner together with Subtv's marketing director, on-air promotion editor and the channel's advertising agency. The launch of the campaign was a challenge due to the format, since not a lot of information can be revealed before the start of the program. When the planning started, all the material consisted of two logos. The first season of the Finnish version of Big Brother begun on Subtv August 2005. The goal of the program was to become a topic of discussion on TV on the fall 2005 and to raise the profile of the channel. The goal of the launch was to get good ratings for the first episode. The launch campaign was also supposed to open up the format to the viewers and to arouse interest in the show. Secrecy and the size of the program were set to be the marketing tones of the launch. Although partly different messages were told via on-air promotion and external media, the campaign was congruent in visual design. In the study, interviews of Subtv's staff, campaign plans and notes were used as research material. From the aspect of affecting images and emotions, the finished campaign promos and other on-air elements were analyzed. In on-air promotion, all choices in audio and visual design affect the outcome and therefore the images that the viewer constructs. The two promo series were made to affect emotions and to awaken curiosity. Other on-air elements were merely used to present program information. The campaign and the series were accepted with enthusiasm. The launch of the second season was even more massive than the first. Participation in the launch campaign of Big Brother Finland was an essential experience in the development of professional identity. When one has taken part in the creation of a massive campaign from scarce materials, tools are given to future assignments in the field of on-air promotion.

Implementing theLean Manufacturing System

Tuottavuuden ja tehokkuuden parantaminen on keskeisimpiä menestystekijöitä glo-baaleilla markkinoilla. Yksi kehittämisen toimintamalli on lean manufacturing -ajattelutapa, joka perustuu imuohjaukseen. Sen lähtökohtana on asiakasarvo ja keskit-tyminen arvoa lisäävien toimintojen maksimointiin. Tutkimuksen tavoitteena oli parantaa Strömfors Electric Oy:n materiaalivirtauksia yhdellä tuotantolinjalla. Projektin oli tarkoitus olla pilotti lean-implementointiin koko tehtaalla. Projektissa otettiin käyttöön kanban-imuohjausjärjestelmä, jota varten teh-tiin analyysejä ja laskelmia arvovirtoihin, varastoihin ja ohjaukseen. Lean-ajattelutapaan ja -työkaluihin perustuvaa kirjallisuutta käytettiin pohjatietona pilotti-projektissa sekätulevien kehitysprojektien suunnittelussa. Pilottiprojektin tuloksena materiaalinohjaus tehostui ja keskeneräisen tuotannon va-rasto tasoittui käyttötarpeen mukaiseksi. Työntekijät ja työnjohtajat tutustuivat leanin perusteisiin osallistuessaan pilottiprojektiin. Pidemmän aikavälin suunnitelmissa ontoimitusvarmuuden ja laadun parantuminen ensin pilottiprojektia koskevalla linjalla ja myöhemmin koko tehtaalla imuohjauksen kokonaisvaltaisen käyttöönoton myötä.

A novel procedure for establishing clinching parameters for high strength steel sheet

The building industry has a particular interest in using clinching as a joining method for frame constructions of light-frame housing. Normally many clinch joints are required in joining of frames.In order to maximise the strength of the complete assembly, each clinch joint must be as sound as possible. Experimental testing is the main means of optimising a particular clinch joint. This includes shear strength testing and visual observation of joint cross-sections. The manufacturers of clinching equipment normally perform such experimental trials. Finite element analysis can also be used to optimise the tool geometry and the process parameter, X, which represents the thickness of the base of the joint. However, such procedures require dedicated software, a skilled operator, and test specimens in order to verify the finite element model. In addition, when using current technology several hours' computing time may be necessary. The objective of the study was to develop a simple calculation procedure for rapidly establishing an optimum value for the parameter X for a given tool combination. It should be possible to use the procedure on a daily basis, without stringent demands on the skill of the operator or the equipment. It is also desirable that the procedure would significantly decrease thenumber of shear strength tests required for verification. The experimental workinvolved tests in order to obtain an understanding of the behaviour of the sheets during clinching. The most notable observation concerned the stage of the process in which the upper sheet was initially bent, after which the deformation mechanism changed to shearing and elongation. The amount of deformation was measured relative to the original location of the upper sheet, and characterised as the C-measure. By understanding in detail the behaviour of the upper sheet, it waspossible to estimate a bending line function for the surface of the upper sheet. A procedure was developed, which makes it possible to estimate the process parameter X for each tool combination with a fixed die. The procedure is based on equating the volume of material on the punch side with the volume of the die. Detailed information concerning the behaviour of material on the punch side is required, assuming that the volume of die does not change during the process. The procedure was applied to shear strength testing of a sample material. The sample material was continuously hot-dip zinc-coated high-strength constructional steel,with a nominal thickness of 1.0 mm. The minimum Rp0.2 proof stress was 637 N/mm2. Such material has not yet been used extensively in light-frame housing, and little has been published on clinching of the material. The performance of the material is therefore of particular interest. Companies that use clinching on a daily basis stand to gain the greatest benefit from the procedure. By understanding the behaviour of sheets in different cases, it is possible to use data at an early stage for adjusting and optimising the process. In particular, the functionality of common tools can be increased since it is possible to characterise the complete range of existing tools. The study increases and broadens the amount ofbasic information concerning the clinching process. New approaches and points of view are presented and used for generating new knowledge.

Messaging Application Engine for Symbian Platform

Tämä diplomityö kuvaa viestintä sovelluksen ytimen kehitystyön Symbian-alustalle. Koko sovelluksen vaatimuksena oli vastaamattomiin puheluihin vastaaminen ennalta määritellyillä tekstiviesteillä käyttäjän määrittelemien sääntöjen mukaisesti. Ei-toiminnallisia vaatimuksia olivat resurssien käytön vähentäminen ja uudelleenkäytön mahdollistaminen. Täten tämän työn tavoitteena oli kehittää ydin, joka kapseloi sovelluksen sellaisen toiminnallisuuden, joka on käyttöliittymästä riippumatonta ja uudelleenkäytettävää. Kehitystyössä ohjasi Unified Process, joka on iteroiva, käyttötapauksien ohjaama ja arkkitehtuurikeskeinen ohjelmistoprosessi. Se kannusti käyttämään myös muita teollisuudenalan vakiintuneita menetelmiä, kuten suunnittelumalleja ja visuaalista mallintamista käyttäen Unified Modelling Languagea. Suunnittelumalleja käytettiin kehitystyön aikana ja ohjelmisto mallinnettiin visuaalisesti suunnittelun edistämiseksi ja selkiyttämiseksi. Alustan palveluita käytettiin hyväksi kehitysajan ja resurssien käytön minimoimiseksi. Ytimen päätehtäviksi määrättiin viestien lähettäminen sekä sääntöjen talletus ja tarkistaminen. Sovelluksen eri alueet, eli sovelluspalvelin ja käyttöliittymää, pystyivät käyttämään ydintä ja sillä ei ollut riippuvuuksia käyttöliittymätasolle. Täten resurssien käyttö väheni ja uudelleenkäytettävyys lisääntyi. Viestien lähettäminen toteutettiin Symbian-alustan menetelmin. Sääntöjen tallettamiseen tehtiin tallennuskehys, joka eristää sääntöjen sisäisen ja ulkoisen muodon. Tässä tapauksessa ulkoiseksi tallennustavaksi valittiin relaatiotietokanta. Sääntöjen tarkastaminen toteutettiin tavanomaisella olioiden yhteistoiminnalla. Päätavoite saavutettiin. tämä ja muut hyviksi arvioidut lopputulokset, kuten uudelleenkäytettävyys ja vähentynyt resurssien käyttö, arveltiin juontuvan suunnittelumallien ja Unified Processin käytöstä. Kyseiset menetelmät osoittivat mukautuvansa pieniinkin projekteihin. Menetelmien todettiin myös tukevan ja kannustavan kehitystyön aikaista oppimista, mikä oli välttämätöntä tässä tapauksessa.

Kohinan poisto spektrikuvista pehmeillä morfologisilla suodattimilla

Tämän diplomityön tavoitteena oli tutkia kohinan poistoa spektrikuvista käyttäen pehmeitä morfologisia suodattimia. Työssä painotettiin impulssimaisen kohinan suodattamista. Suodattimien toimintaa arvioitiin numeerisesti keskimääräisen itseisarvovirheen, neliövirheen sekä signaali-kohinasuhteen avulla ja visuaalisesti tarkastelemalla suodatettuja kuvia sekä niiden yksittäisiä spektritasoja. Käytettyjä suodatusmenetelmiä olivat suodatus kuvapisteittäin spektrin suunnassa, suodatus koko spektrissä sekä kuutiomenetelmä ja komponenteittainen suodatus. Suodatettavat kuvat sisälsivät joko suola ja pippuri- tai bittivirhekohinaa. Parhaimmat suodatustulokset sekä numeeristen virhekriteerien että visuaalisen tarkastelun perusteella saatiin komponenteittaisella sekä kuvapisteittäisellä menetelmällä. Työssä käytetyt menetelmät on esitetty algoritmimuodossa. Suodatinalgoritmien toteutukset ja suodatuskokeet tehtiin Matlab-ohjelmistolla.

Multimedian elementit aikuiskoulutuksen kehittämisessä

Tämän työn teoreettisen sisällön tavoitteena on esitellä multimedian eri elementit ja Moving Picture Experts Groupin kehittämä MPEG-formaattiperhe, joka yhdistää kattavimmin eri elementit multimediaesityksiksi. Työssä esitellään videon ja audion pakkausformaatit MPEG-1 ja MPEG-2, interaktiivisen median jakelun verkoissa mahdollistava MPEG-4, multimediasisällön kuvausstandardi MPEG-7 sekä multimedian toimitusketjun hallinnan verkoissa määrittävä MPEG-21. Edellisten lisäksi teoreettisessa osassa esitellään multimediaohjelmistoista SMIL-teknologia ja selostetaan yksityiskohtaisesti, kuinka sillä luodaan multimediaesityksiä. Empiirisessä osassa laaditaan Helsingin yliopiston Maaseudun tutkimus- ja koulutuskeskukselle kehittämissuunnitelma, jossa multimedian elementtejä käytetään mahdollisimman monipuolisesti kehittämään aikuiskoulutusta. Suunnitelman perustaksi tehtiin koulutushenkilökunnalle osaamiskartoitus ja kartoitettiin yksikön tekninen valmius hyödyntää multimediaa. Suunnitelman mielekästä jäsentämistä varten yksikön aikuiskoulutus jaettiin neljään osaan: varsinaiseen koulutukseen, sitä tukevaan tutkimus- ja kehittämistoimintaan, opetusmateriaaleja tuottavaan julkaisu- ja tietopalvelutoimintaan sekä edellisiä avustaviin tukitoimintoihin.

Organisaation päätöksenteko ja tiedon rooli. Case: UPM-Kymmene Oyj, Kaukas

Tutkielman tavoitteena on selvittää, mihin päätöksenteko perustuu teollisuusyrityksessä. Tutkimuksessa kartoitettiin kohdeorganisaation päätöksentekijöiden näkemyksiä toimintaympäristöstään, itsestään päätöksentekijöinä ja päätöksenteosta sekä tiedosta ja sen käytöstä. Lisäksi sivutaan päätöksenteon sosiaalista luonnetta. Empiirisen tutkimuksen kohdeyksikkönä on UPM-Kymmene Oyj, Kaukas Lappeenrannassa. Tutkimus on toteutettu esimiestasolle suunnattuna lomakekyselynä lokakuussa 2003. Päätöksistä yleisimpiä olivat operatiivisen tason päätökset; taktisen ja strategisen tason päätöksiä tehtiin vähemmän. Päätöstilanteista useimmin kohdattuja olivat puolijäsentyneet ja jäsentyneet tilanteet, kun taas jäsentymättömät päätöstilanteet olivat harvinaisempia. Päätöksentekoprosesseista yleisimmin käytetty oli kirjallisuudessa taktiseen päätöstasoon ja puolijäsentyneisiin päätöstilanteisiin liitetty rajoitetun rationaalisuuden malliin perustuva vaiheittainen malli. Kirjallisuudessa strategiseen päätöksentekotasoon ja jäsentymättömiin päätöstilanteisiin liitetyn ns. iteratiivisesti vaiheittaisen mallin todettiin soveltuvan myös tämänkaltaiseen päätöksentekoon. Esimiehet pitivät toimintaympäristöään teollisuusyrityksessä pääasiallisesti orgaanisena. Tällaisessa ympäristössä vaikutussuhteet ja keinot ohjata ympäristöä perustuvat pitkälti vuorovaikutteisuuteen. Päätöksentekijöiden johtamistyylin todettiin olevan pikemminkin demokraattinen kuin autoritäärinen, mikä tukee edellä mainittuja tuloksia. Tiedon lähteistä päätöksenteon kannalta tärkeimpinä ja luotettavimpina koettiin henkilökohtaiset lähteet. Sisäiset lähteet nähtiin ulkoisia tärkeämpinä ja luotettavampina niin henkilökohtaisten, tekstimuotoisten kuin online-lähteidenkin osalta. Esimiesten todettiin hyödyntävän tosiasiatietoa, kokemusta ja intuitiota eri tavoin erilaisissa päätöstilanteissa, joten myös tehokkaat keinot tukea päätöksentekoa vaihtelevat päätöstyypeittäin. Tutkimuksen tulokset perustuvat kohderyhmän kyselylomakkeella kerättyihin mielipiteisiin. Käytetystä menetelmästä johtuen mielipiteiden taustatekijät ja todellinen toiminta organisaatiossa jäävät vielä avoimiksi. Tutkimustulosten syventäminen ja vahvistaminen sekä lisätiedon saaminen organisaation päätöksenteon todellisuudesta edellyttäisi empiiristä havainnointia tai vähintäänkin haastatteluja.

Kuvia todistuksissa, todistuksia kuvissa

Kirjallisuusarvostelu