Haptic information stabilizes and destabilizes coordination dynamics

Goal-directed, coordinated movements in humans emerge from a variety of constraints that range from 'high-level' cognitive strategies based oil perception of the task to 'low-level' neuromuscular-skeletal factors such as differential contributions to coordination from flexor and extensor muscles. There has been a tendency in the literature to dichotomize these sources of constraint, favouring one or the other rather than recognizing and understanding their mutual interplay. In this experiment, subjects were required to coordinate rhythmic flexion and extension movements with an auditory metronome, the rate of which was systematically increased. When subjects started in extension on the beat of the metronome, there was a small tendency to switch to flexion at higher rates, but not vice versa. When subjects: were asked to contact a physical stop, the location of which was either coincident with or counterphase to the auditor) stimulus, two effects occurred. When haptic contact was coincident with sound, coordination was stabilized for both flexion and extension. When haptic contact was counterphase to the metronome, coordination was actually destabilized, with transitions occurring from both extension to flexion on the beat and from flexion to extension on the beat. These results reveal the complementary nature of strategic and neuromuscular factors in sensorimotor coordination. They also suggest the presence of a multimodal neural integration process-which is parametrizable by rate and context - in which intentional movement, touch and sound are bound into a single, coherent unit.

Visual Biology of Hawaiian Coral Reef Fishes. III. Environmental Light and an Integrated Approach to the Ecology of Reef Fish Vision

In the previous two papers in this three-part series, we have examined visual pigments, ocular media transmission, and colors of the coral reef fish of Hawaii. This paper first details aspects of the light field and background colors at the microhabitat level on Hawaiian reefs and does so from the perspective and scale of fish living on the reef. Second, information from all three papers is combined in an attempt to examine trends in the visual ecology of reef inhabitants. Our goal is to begin to see fish the way they appear to other fish. Observations resulting from the combination of results in all three papers include the following. Yellow and blue colors on their own are strikingly well matched to backgrounds on the reef such as coral and bodies of horizontally viewed water. These colors, therefore, depending on context, may be important in camouflage as well as conspicuousness. The spectral characteristics of fish colors are correlated to the known spectral sensitivities in reef fish single cones and are tuned for maximum signal reliability when viewed against known backgrounds. The optimal positions of spectral sensitivity in a modeled dichromatic visual system are generally close to the sensitivities known for reef fish. Models also predict that both UV-sensitive and red-sensitive cone types are advantageous for a variety of tasks. UV-sensitive cones are known in some reef fish, red-sensitive cones have yet to be found. Labroid colors, which appear green or blue to us, may he matched to the far-red component of chlorophyll reflectance for camouflage. Red cave/hole dwelling reef fish are relatively poorly matched to the background they are often viewed against but this may be visually irrelevant. The model predicts that the task of distinguishing green algae from coral is optimized with a relatively long wavelength visual pigment pair. Herbivorous grazers whose visual pigments are known possess the longest sensitivities so far found. Labroid complex colors are highly contrasting complementary colors close up but combine, because of the spatial addition, which results from low visual resolution, at distance, to match background water colors remarkably well. Therefore, they are effective for simultaneous communication and camouflage.

Sistema de percepção visual para veículos autónomos aéreos

Esta dissertação aborda o problema de detecção e desvio de obstáculos "SAA- Sense And Avoid" em movimento para veículos aéreos. Em particular apresenta contribuições tendo em vista a obtenção de soluções para permitir a utilização de aeronaves não tripuladas em espaço aéreo não segregado e para aplicações civis. Estas contribuições caracterizam-se por: uma análise do problema de SAA em \UAV's - Unmmaned Aerial Vehicles\ civis; a definição do conceito e metodologia para o projecto deste tipo de sistemas; uma proposta de \ben- chmarking\ para o sistema SAA caracterizando um conjunto de "datasets\ adequados para a validação de métodos de detecção; respectiva validação experimental do processo e obtenção de "datasets"; a análise do estado da arte para a detecção de \Dim point features\ ; o projecto de uma arquitectura para uma solução de SAA incorporando a integração de compensação de \ego motion" e respectiva validação para um "dataset" recolhido. Tendo em vista a análise comparativa de diferentes métodos bem como a validação de soluções foi proposta a recolha de um conjunto de \datasets" de informação sensorial e de navegação. Para os mesmos foram definidos um conjunto de experiências e cenários experimentais. Foi projectado e implementado um setup experimental para a recolha dos \datasets" e realizadas experiências de recolha recorrendo a aeronaves tripuladas. O setup desenvolvido incorpora um sistema inercial de alta precisão, duas câmaras digitais sincronizadas (possibilitando análise de informa formação stereo) e um receptor GPS. As aeronaves alvo transportam um receptor GPS com logger incorporado permitindo a correlação espacial dos resultados de detecção. Com este sistema foram recolhidos dados referentes a cenários de aproximação com diferentes trajectórias e condições ambientais bem como incorporando movimento do dispositivo detector. O método proposto foi validado para os datasets recolhidos tendo-se verificado, numa análise preliminar, a detecção do obstáculo (avião ultraleve) em todas as frames para uma distância inferior a 3 km com taxas de sucesso na ordem dos 95% para distâncias entre os 3 e os 4 km. Os resultados apresentados permitem validar a arquitectura proposta para a solução do problema de SAA em veículos aéreos autónomos e abrem perspectivas muito promissoras para desenvolvimento futuro com forte impacto técnico-científico bem como sócio-economico. A incorporação de informa formação de \ego motion" permite fornecer um forte incremento em termos de desempenho.

The telegraph as an omen of the future in James W. Carey's vision

In the history of modern communication, after the development of the printing press, the telegraph unleashed a revolution in communications. Today, Internet is in many ways its heir. Reflections on the telegraph may open up perspectives concerning tendencies, possibilities and pitfalls of the Internet. The telegraph has been well explored in important literature on communication and media which tends to emphasize the history of this technology, its social context and institutional meaning [e.g. Robert L. Thompson, 1947, Tom Standage, 2007 [1998]. James W. Carey, the North- American critical cultural studies' mentor, in his essay "Technology and Ideology. The Case of the Telegraph" (2009 [1983]), suggests a distinctive approach. In the telegraph, Carey sees the prototype of many subsequent commercial empires based on science and technology, a pioneer model for complex business management; an example of interest struggle for the patents control; an inductor of changes both in language and in structures of knowledge; and a promoter of a futurist and utopian thought of information technologies. Having in mind a revolution in communications promoted by the Internet, this paper revisits this seminal essay to explore its great attainment, as well as the problems of this kind of approach which conceives the innovation of the telegraph as a metaphor for all the innovations announcing the modern stage of history and determining still today the major lines of development in modern communication systems.

A vision of cyber-physical internet

When the Internet was born, the purpose was to interconnect computers to share digital data at large-scale. On the other hand, when embedded systems were born, the objective was to control system components under real-time constraints through sensing devices, typically at small to medium scales. With the great evolution of the Information and Communication Technology (ICT), the tendency is to enable ubiquitous and pervasive computing to control everything (physical processes and physical objects) anytime and at a large-scale. This new vision gave recently rise to the paradigm of Cyber-Physical Systems (CPS). In this position paper, we provide a realistic vision to the concept of the Cyber-Physical Internet (CPI), discuss its design requirements and present the limitations of the current networking abstractions to fulfill these requirements. We also debate whether it is more productive to adopt a system integration approach or a radical design approach for building large-scale CPS. Finally, we present a sample of realtime challenges that must be considered in the design of the Cyber-Physical Internet.

Hand gesture recognition system based in computer vision and machine learning : applications on human-machine interaction

Sendo uma forma natural de interação homem-máquina, o reconhecimento de gestos implica uma forte componente de investigação em áreas como a visão por computador e a aprendizagem computacional. O reconhecimento gestual é uma área com aplicações muito diversas, fornecendo aos utilizadores uma forma mais natural e mais simples de comunicar com sistemas baseados em computador, sem a necessidade de utilização de dispositivos extras. Assim, o objectivo principal da investigação na área de reconhecimento de gestos aplicada à interacção homemmáquina é o da criação de sistemas, que possam identificar gestos específicos e usálos para transmitir informações ou para controlar dispositivos. Para isso as interfaces baseados em visão para o reconhecimento de gestos, necessitam de detectar a mão de forma rápida e robusta e de serem capazes de efetuar o reconhecimento de gestos em tempo real. Hoje em dia, os sistemas de reconhecimento de gestos baseados em visão são capazes de trabalhar com soluções específicas, construídos para resolver um determinado problema e configurados para trabalhar de uma forma particular. Este projeto de investigação estudou e implementou soluções, suficientemente genéricas, com o recurso a algoritmos de aprendizagem computacional, permitindo a sua aplicação num conjunto alargado de sistemas de interface homem-máquina, para reconhecimento de gestos em tempo real. A solução proposta, Gesture Learning Module Architecture (GeLMA), permite de forma simples definir um conjunto de comandos que pode ser baseado em gestos estáticos e dinâmicos e que pode ser facilmente integrado e configurado para ser utilizado numa série de aplicações. É um sistema de baixo custo e fácil de treinar e usar, e uma vez que é construído unicamente com bibliotecas de código. As experiências realizadas permitiram mostrar que o sistema atingiu uma precisão de 99,2% em termos de reconhecimento de gestos estáticos e uma precisão média de 93,7% em termos de reconhecimento de gestos dinâmicos. Para validar a solução proposta, foram implementados dois sistemas completos. O primeiro é um sistema em tempo real capaz de ajudar um árbitro a arbitrar um jogo de futebol robótico. A solução proposta combina um sistema de reconhecimento de gestos baseada em visão com a definição de uma linguagem formal, o CommLang Referee, à qual demos a designação de Referee Command Language Interface System (ReCLIS). O sistema identifica os comandos baseados num conjunto de gestos estáticos e dinâmicos executados pelo árbitro, sendo este posteriormente enviado para um interface de computador que transmite a respectiva informação para os robôs. O segundo é um sistema em tempo real capaz de interpretar um subconjunto da Linguagem Gestual Portuguesa. As experiências demonstraram que o sistema foi capaz de reconhecer as vogais em tempo real de forma fiável. Embora a solução implementada apenas tenha sido treinada para reconhecer as cinco vogais, o sistema é facilmente extensível para reconhecer o resto do alfabeto. As experiências também permitiram mostrar que a base dos sistemas de interação baseados em visão pode ser a mesma para todas as aplicações e, deste modo facilitar a sua implementação. A solução proposta tem ainda a vantagem de ser suficientemente genérica e uma base sólida para o desenvolvimento de sistemas baseados em reconhecimento gestual que podem ser facilmente integrados com qualquer aplicação de interface homem-máquina. A linguagem formal de definição da interface pode ser redefinida e o sistema pode ser facilmente configurado e treinado com um conjunto de gestos diferentes de forma a serem integrados na solução final.

Autonomous Surface Vehicle Docking Manoeuvre with Visual Information

This work presents a hybrid coordinated manoeuvre for docking an autonomous surface vehicle with an autonomous underwater vehicle. The control manoeuvre uses visual information to estimate the AUV relative position and attitude in relation to the ASV and steers the ASV in order to dock with the AUV. The AUV is assumed to be at surface with only a small fraction of its volume visible. The system implemented in the autonomous surface vehicle ROAZ, developed by LSA-ISEP to perform missions in river environment, test autonomous AUV docking capabilities and multiple AUV/ASV coordinated missions is presented. Information from a low cost embedded robotics vision system (LSAVision), along with inertial navigation sensors is fused in an extended Kalman filter and used to determine AUV relative position and orientation to the surface vehicle The real time vision processing system is described and results are presented in operational scenario.

Combining sparse and dense methods in 6D Visual Odometry

13th International Conference on Autonomous Robot Systems (Robotica), 2013, Lisboa

Probabilistic Stereo Egomotion Transform

In this paper we propose a novel fully probabilistic solution to the stereo egomotion estimation problem. We extend the notion of probabilistic correspondence to the stereo case which allow us to compute the whole 6D motion information in a probabilistic way. We compare the developed approach against other known state-of-the-art methods for stereo egomotion estimation, and the obtained results compare favorably both for the linear and angular velocities estimation.

Método de correspondência para sistemas de visão multi-câmara

Os sistemas de perceção visual são das principais fontes de informação sensorial utilizadas pelos robôs autónomos, para localização e navegação em diferentes meios de operação. O objetivo passa por obter uma grande quantidade de informação sobre o ambiente que a câmara está a visualizar, processar e extrair informação que permita realizar as tarefas de uma forma e ciente. Uma informação em particular que os sistemas de visão podem fornecer, e a informação tridimensional acerca do meio envolvente. Esta informação pode ser adquirida recorrendo a sistemas de visão monoculares ou com múltiplas câmaras. Nestes sistemas a informação tridimensional pode ser obtida recorrendo a técnica de triangulação, tirando partido do conhecimento da posição relativa entre as câmaras. No entanto, para calcular as coordenadas de um ponto tridimensional no referencial da câmara e necessário existir correspondência entre pontos comuns às imagens adquiridas pelo sistema. No caso de más correspondências a informação 3D e obtida de forma incorreta. O problema associado à correspondência de pontos pode ser agravado no caso das câmaras do sistema terem características intrínsecas diferentes nomeadamente: resolução, abertura da lente, distorção. Outros fatores como as orientações e posições das câmaras também podem condicionar a correspondência de pontos. Este trabalho incide sobre problemática de correspondência de pontos existente no processo de cálculo da informação tridimensional. A presente dissertação visa o desenvolvimento de uma abordagem de correspondência de pontos para sistemas de visão no qual é conhecida a posição relativa entre câmaras.

Interactive acquisition of spatial information from images for multimedia applications

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Informática

Vision-based hand Wheel-chair control

Several studies have shown that people with disabilities benefit substantially from access to a means of independent mobility and assistive technology. Researchers are using technology originally developed for mobile robots to create easier to use wheelchairs. With this kind of technology people with disabilities can gain a degree of independence in performing daily life activities. In this work a computer vision system is presented, able to drive a wheelchair with a minimum number of finger commands. The user hand is detected and segmented with the use of a kinect camera, and fingertips are extracted from depth information, and used as wheelchair commands.

Hand gesture recognition system based in computer vision and machine learning

"Lecture notes in computational vision and biomechanics series, ISSN 2212-9391, vol. 19"

Vision-based portuguese sign language recognition system

Vision-based hand gesture recognition is an area of active current research in computer vision and machine learning. Being a natural way of human interaction, it is an area where many researchers are working on, with the goal of making human computer interaction (HCI) easier and natural, without the need for any extra devices. So, the primary goal of gesture recognition research is to create systems, which can identify specific human gestures and use them, for example, to convey information. For that, vision-based hand gesture interfaces require fast and extremely robust hand detection, and gesture recognition in real time. Hand gestures are a powerful human communication modality with lots of potential applications and in this context we have sign language recognition, the communication method of deaf people. Sign lan- guages are not standard and universal and the grammars differ from country to coun- try. In this paper, a real-time system able to interpret the Portuguese Sign Language is presented and described. Experiments showed that the system was able to reliably recognize the vowels in real-time, with an accuracy of 99.4% with one dataset of fea- tures and an accuracy of 99.6% with a second dataset of features. Although the im- plemented solution was only trained to recognize the vowels, it is easily extended to recognize the rest of the alphabet, being a solid foundation for the development of any vision-based sign language recognition user interface system.