Laboratory investigation of contactless displacement measurement using computer vision systems

Much of the bridge stock on major transport links in North America and Europe was constructed in the 1950’s and 1960’s and has since deteriorated or is carrying loads far in excess of the original design loads. Structural Health Monitoring Systems (SHM) can provide valuable information on the bridge capacity but the application of such systems is currently limited by access and system cost. This paper investigates the development of a low cost portable SHM system using commercially available cameras and computer vision techniques. A series of laboratory tests have been carried out to test the accuracy of displacement measurements using contactless methods. The results from each of the tests have been validated with established measurement methods, such as linear variable differential transformers (LVDTs). A video image of each test was processed using two different digital image correlation programs. The results obtained from the digital image correlation methods provided an accurate comparison with the validation measurements. The calculated displacements agree within 4% of the verified measurements LVDT measurements in most cases confirming the suitability full camera based SHM systems

The relationship between early and intermediate level spatial vision during typical development and in autism spectrum disorder

Certaines recherches ont investigué le traitement visuel de bas et de plus hauts niveaux chez des personnes neurotypiques et chez des personnes ayant un trouble du spectre de l’autisme (TSA). Cependant, l’interaction développementale entre chacun de ces niveaux du traitement visuel n’est toujours pas bien comprise. La présente thèse a donc deux objectifs principaux. Le premier objectif (Étude 1) est d’évaluer l’interaction développementale entre l’analyse visuelle de bas niveaux et de niveaux intermédiaires à travers différentes périodes développementales (âge scolaire, adolescence et âge adulte). Le second objectif (Étude 2) est d’évaluer la relation fonctionnelle entre le traitement visuel de bas niveaux et de niveaux intermédiaires chez des adolescents et des adultes ayant un TSA. Ces deux objectifs ont été évalué en utilisant les mêmes stimuli et procédures. Plus précisément, la sensibilité de formes circulaires complexes (Formes de Fréquences Radiales ou FFR), définies par de la luminance ou par de la texture, a été mesurée avec une procédure à choix forcés à deux alternatives. Les résultats de la première étude ont illustré que l’information locale des FFR sous-jacents aux processus visuels de niveaux intermédiaires, affecte différemment la sensibilité à travers des périodes développementales distinctes. Plus précisément, lorsque le contour est défini par de la luminance, la performance des enfants est plus faible comparativement à celle des adolescents et des adultes pour les FFR sollicitant la perception globale. Lorsque les FFR sont définies par la texture, la sensibilité des enfants est plus faible comparativement à celle des adolescents et des adultes pour les conditions locales et globales. Par conséquent, le type d’information locale, qui définit les éléments locaux de la forme globale, influence la période à laquelle la sensibilité visuelle atteint un niveau développemental similaire à celle identifiée chez les adultes. Il est possible qu’une faible intégration visuelle entre les mécanismes de bas et de niveaux intermédiaires explique la sensibilité réduite des FFR chez les enfants. Ceci peut être attribué à des connexions descendantes et horizontales immatures ainsi qu’au sous-développement de certaines aires cérébrales du système visuel. Les résultats de la deuxième étude ont démontré que la sensibilité visuelle en autisme est influencée par la manipulation de l’information locale. Plus précisément, en présence de luminance, la sensibilité est seulement affectée pour les conditions sollicitant un traitement local chez les personnes avec un TSA. Cependant, en présence de texture, la sensibilité est réduite pour le traitement visuel global et local. Ces résultats suggèrent que la perception de formes en autisme est reliée à l’efficacité à laquelle les éléments locaux (luminance versus texture) sont traités. Les connexions latérales et ascendantes / descendantes des aires visuelles primaires sont possiblement tributaires d’un déséquilibre entre les signaux excitateurs et inhibiteurs, influençant ainsi l’efficacité à laquelle l’information visuelle de luminance et de texture est traitée en autisme. Ces résultats supportent l’hypothèse selon laquelle les altérations de la perception visuelle de bas niveaux (local) sont à l’origine des atypies de plus hauts niveaux chez les personnes avec un TSA.

Vision-based tracking for sports performance analysis

With the world of professional sports shifting towards employing better sport analytics, the demand for vision-based performance analysis is growing increasingly in recent years. In addition, the nature of many sports does not allow the use of any kind of sensors or other wearable markers attached to players for monitoring their performances during competitions. This provides a potential application of systematic observations such as tracking information of the players to help coaches to develop their visual skills and perceptual awareness needed to make decisions about team strategy or training plans. My PhD project is part of a bigger ongoing project between sport scientists and computer scientists involving also industry partners and sports organisations. The overall idea is to investigate the contribution technology can make to the analysis of sports performance on the example of team sports such as rugby, football or hockey. A particular focus is on vision-based tracking, so that information about the location and dynamics of the players can be gained without any additional sensors on the players. To start with, prior approaches on visual tracking are extensively reviewed and analysed. In this thesis, methods to deal with the difficulties in visual tracking to handle the target appearance changes caused by intrinsic (e.g. pose variation) and extrinsic factors, such as occlusion, are proposed. This analysis highlights the importance of the proposed visual tracking algorithms, which reflect these challenges and suggest robust and accurate frameworks to estimate the target state in a complex tracking scenario such as a sports scene, thereby facilitating the tracking process. Next, a framework for continuously tracking multiple targets is proposed. Compared to single target tracking, multi-target tracking such as tracking the players on a sports field, poses additional difficulties, namely data association, which needs to be addressed. Here, the aim is to locate all targets of interest, inferring their trajectories and deciding which observation corresponds to which target trajectory is. In this thesis, an efficient framework is proposed to handle this particular problem, especially in sport scenes, where the players of the same team tend to look similar and exhibit complex interactions and unpredictable movements resulting in matching ambiguity between the players. The presented approach is also evaluated on different sports datasets and shows promising results. Finally, information from the proposed tracking system is utilised as the basic input for further higher level performance analysis such as tactics and team formations, which can help coaches to design a better training plan. Due to the continuous nature of many team sports (e.g. soccer, hockey), it is not straightforward to infer the high-level team behaviours, such as players’ interaction. The proposed framework relies on two distinct levels of performance analysis: low-level performance analysis, such as identifying players positions on the play field, as well as a high-level analysis, where the aim is to estimate the density of player locations or detecting their possible interaction group. The related experiments show the proposed approach can effectively explore this high-level information, which has many potential applications.

The relationship between early and intermediate level spatial vision during typical development and in autism spectrum disorder

Certaines recherches ont investigué le traitement visuel de bas et de plus hauts niveaux chez des personnes neurotypiques et chez des personnes ayant un trouble du spectre de l’autisme (TSA). Cependant, l’interaction développementale entre chacun de ces niveaux du traitement visuel n’est toujours pas bien comprise. La présente thèse a donc deux objectifs principaux. Le premier objectif (Étude 1) est d’évaluer l’interaction développementale entre l’analyse visuelle de bas niveaux et de niveaux intermédiaires à travers différentes périodes développementales (âge scolaire, adolescence et âge adulte). Le second objectif (Étude 2) est d’évaluer la relation fonctionnelle entre le traitement visuel de bas niveaux et de niveaux intermédiaires chez des adolescents et des adultes ayant un TSA. Ces deux objectifs ont été évalué en utilisant les mêmes stimuli et procédures. Plus précisément, la sensibilité de formes circulaires complexes (Formes de Fréquences Radiales ou FFR), définies par de la luminance ou par de la texture, a été mesurée avec une procédure à choix forcés à deux alternatives. Les résultats de la première étude ont illustré que l’information locale des FFR sous-jacents aux processus visuels de niveaux intermédiaires, affecte différemment la sensibilité à travers des périodes développementales distinctes. Plus précisément, lorsque le contour est défini par de la luminance, la performance des enfants est plus faible comparativement à celle des adolescents et des adultes pour les FFR sollicitant la perception globale. Lorsque les FFR sont définies par la texture, la sensibilité des enfants est plus faible comparativement à celle des adolescents et des adultes pour les conditions locales et globales. Par conséquent, le type d’information locale, qui définit les éléments locaux de la forme globale, influence la période à laquelle la sensibilité visuelle atteint un niveau développemental similaire à celle identifiée chez les adultes. Il est possible qu’une faible intégration visuelle entre les mécanismes de bas et de niveaux intermédiaires explique la sensibilité réduite des FFR chez les enfants. Ceci peut être attribué à des connexions descendantes et horizontales immatures ainsi qu’au sous-développement de certaines aires cérébrales du système visuel. Les résultats de la deuxième étude ont démontré que la sensibilité visuelle en autisme est influencée par la manipulation de l’information locale. Plus précisément, en présence de luminance, la sensibilité est seulement affectée pour les conditions sollicitant un traitement local chez les personnes avec un TSA. Cependant, en présence de texture, la sensibilité est réduite pour le traitement visuel global et local. Ces résultats suggèrent que la perception de formes en autisme est reliée à l’efficacité à laquelle les éléments locaux (luminance versus texture) sont traités. Les connexions latérales et ascendantes / descendantes des aires visuelles primaires sont possiblement tributaires d’un déséquilibre entre les signaux excitateurs et inhibiteurs, influençant ainsi l’efficacité à laquelle l’information visuelle de luminance et de texture est traitée en autisme. Ces résultats supportent l’hypothèse selon laquelle les altérations de la perception visuelle de bas niveaux (local) sont à l’origine des atypies de plus hauts niveaux chez les personnes avec un TSA.

Design and Pilot Study for an Efficient High-Throughput Automated Computer-Vision Guided Intelligent De-Calyxing Machine for Post-Harvest Strawberry Processing

Strawberries harvested for processing as frozen fruits are currently de-calyxed manually in the field. This process requires the removal of the stem cap with green leaves (i.e. the calyx) and incurs many disadvantages when performed by hand. Not only does it necessitate the need to maintain cutting tool sanitation, but it also increases labor time and exposure of the de-capped strawberries before in-plant processing. This leads to labor inefficiency and decreased harvest yield. By moving the calyx removal process from the fields to the processing plants, this new practice would reduce field labor and improve management and logistics, while increasing annual yield. As labor prices continue to increase, the strawberry industry has shown great interest in the development and implementation of an automated calyx removal system. In response, this dissertation describes the design, operation, and performance of a full-scale automatic vision-guided intelligent de-calyxing (AVID) prototype machine. The AVID machine utilizes commercially available equipment to produce a relatively low cost automated de-calyxing system that can be retrofitted into existing food processing facilities. This dissertation is broken up into five sections. The first two sections include a machine overview and a 12-week processing plant pilot study. Results of the pilot study indicate the AVID machine is able to de-calyx grade-1-with-cap conical strawberries at roughly 66 percent output weight yield at a throughput of 10,000 pounds per hour. The remaining three sections describe in detail the three main components of the machine: a strawberry loading and orientation conveyor, a machine vision system for calyx identification, and a synchronized multi-waterjet knife calyx removal system. In short, the loading system utilizes rotational energy to orient conical strawberries. The machine vision system determines cut locations through RGB real-time feature extraction. The high-speed multi-waterjet knife system uses direct drive actuation to locate 30,000 psi cutting streams to precise coordinates for calyx removal. Based on the observations and studies performed within this dissertation, the AVID machine is seen to be a viable option for automated high-throughput strawberry calyx removal. A summary of future tasks and further improvements is discussed at the end.

Cloud Base Height Measurement System Based on Stereo Vision with Automatic Calibration

Clouds are important in weather prediction, climate studies and aviation safety. Important parameters include cloud height, type and cover percentage. In this paper, the recent improvements in the development of a low-cost cloud height measurement setup are described. It is based on stereo vision with consumer digital cameras. The cameras positioning is calibrated using the position of stars in the night sky. An experimental uncertainty analysis of the calibration parameters is performed. Cloud height measurement results are presented and compared with LIDAR measurements.

A new low temperature synthesis route of fraipontite (Zn,Al)3(Si,Al)2O5(OH)4

A low temperature synthesis method based on the decomposition of urea at 90°C in water has been developed to synthesise fraipontite. This material is characterised by a basal reflection 001 at 7.44 Å. The trioctahedral nature of the fraipontite is shown by the presence of a 06l band around 1.54 Å, while a minor band around 1.51 Å indicates some cation ordering between Zn and Al resulting in Al-rich areas with a more dioctahedral nature. TEM and IR indicate that no separate kaolinite phase is present. An increase in the Al content however, did result in the formation of some SiO2 in the form of quartz. Minor impurities of carbonate salts were observed during the synthesis caused by to the formation of CO32- during the decomposition of urea.

A Low Cost Controller Board for Teaching Robotics

This paper presents the Smarty Board; a new micro-controller board designed specifically for the robotics teaching needs of Australian schools. The primary motivation for this work was the lack of commercially available and cheap controller boards that would have all their components including interfaces on a single board. Having a single board simplifies the construction of programmable robots that can be used as platforms for teaching and learning robotics. Reducing the cost of the board as much as possible was one of the main design objectives. The target user groups for this device are the secondary and tertiary students, and hobbyists. Previous studies have shown that equipment cost is one of the major obstacles for teaching robotics in Australia. The new controller board was demonstrated at high-school seminars. In these demonstrations the new controller board was used for controlling two robots that we built. These robots are available as kits. Given the strong demand from high-school teachers, new kits will be developed for the next robotic Olympiad to be held in Australia in 2006.