Towards a real-time vision-based navigation system for a small-class UUV

This paper deals with the problem of navigation for an unmanned underwater vehicle (UUV) through image mosaicking. It represents a first step towards a real-time vision-based navigation system for a small-class low-cost UUV. We propose a navigation system composed by: (i) an image mosaicking module which provides velocity estimates; and (ii) an extended Kalman filter based on the hydrodynamic equation of motion, previously identified for this particular UUV. The obtained system is able to estimate the position and velocity of the robot. Moreover, it is able to deal with visual occlusions that usually appear when the sea bottom does not have enough visual features to solve the correspondence problem in a certain area of the trajectory

A survey addressing the fundamental matrix estimation problem

Epipolar geometry is a key point in computer vision and the fundamental matrix estimation is the only way to compute it. This article surveys several methods of fundamental matrix estimation which have been classified into linear methods, iterative methods and robust methods. All of these methods have been programmed and their accuracy analysed using real images. A summary, accompanied with experimental results, is given

Modelling stereoscopic vision systems for robotic applications

Aquesta tesi s'emmarca dins del projecte CICYT TAP 1999-0443-C05-01. L'objectiu d'aquest projecte és el disseny, implementació i avaluació de robots mòbils, amb un sistema de control distribuït, sistemes de sensorització i xarxa de comunicacions per realitzar tasques de vigilància. Els robots han de poder-se moure per un entorn reconeixent la posició i orientació dels diferents objectes que l'envolten. Aquesta informació ha de permetre al robot localitzar-se dins de l'entorn on es troba per poder-se moure evitant els possibles obstacles i dur a terme la tasca encomanada. El robot ha de generar un mapa dinàmic de l'entorn que serà utilitzat per localitzar la seva posició. L'objectiu principal d'aquest projecte és aconseguir que un robot explori i construeixi un mapa de l'entorn sense la necessitat de modificar el propi entorn. Aquesta tesi està enfocada en l'estudi de la geometria dels sistemes de visió estereoscòpics formats per dues càmeres amb l'objectiu d'obtenir informació geomètrica 3D de l'entorn d'un vehicle. Aquest objectiu tracta de l'estudi del modelatge i la calibració de càmeres i en la comprensió de la geometria epipolar. Aquesta geometria està continguda en el que s'anomena emph{matriu fonamental}. Cal realitzar un estudi del càlcul de la matriu fonamental d'un sistema estereoscòpic amb la finalitat de reduir el problema de la correspondència entre dos plans imatge. Un altre objectiu és estudiar els mètodes d'estimació del moviment basats en la geometria epipolar diferencial per tal de percebre el moviment del robot i obtenir-ne la posició. Els estudis de la geometria que envolta els sistemes de visió estereoscòpics ens permeten presentar un sistema de visió per computador muntat en un robot mòbil que navega en un entorn desconegut. El sistema fa que el robot sigui capaç de generar un mapa dinàmic de l'entorn a mesura que es desplaça i determinar quin ha estat el moviment del robot per tal de emph{localitzar-se} dins del mapa. La tesi presenta un estudi comparatiu dels mètodes de calibració de càmeres més utilitzats en les últimes dècades. Aquestes tècniques cobreixen un gran ventall dels mètodes de calibració clàssics. Aquest mètodes permeten estimar els paràmetres de la càmera a partir d'un conjunt de punts 3D i de les seves corresponents projeccions 2D en una imatge. Per tant, aquest estudi descriu un total de cinc tècniques de calibració diferents que inclouen la calibració implicita respecte l'explicita i calibració lineal respecte no lineal. Cal remarcar que s'ha fet un gran esforç en utilitzar la mateixa nomenclatura i s'ha estandaritzat la notació en totes les tècniques presentades. Aquesta és una de les dificultats principals a l'hora de poder comparar les tècniques de calibració ja què cada autor defineix diferents sistemes de coordenades i diferents conjunts de paràmetres. El lector és introduït a la calibració de càmeres amb la tècnica lineal i implícita proposada per Hall i amb la tècnica lineal i explicita proposada per Faugeras-Toscani. A continuació es passa a descriure el mètode a de Faugeras incloent el modelatge de la distorsió de les lents de forma radial. Seguidament es descriu el conegut mètode proposat per Tsai, i finalment es realitza una descripció detallada del mètode de calibració proposat per Weng. Tots els mètodes són comparats tant des del punt de vista de model de càmera utilitzat com de la precisió de la calibració. S'han implementat tots aquests mètodes i s'ha analitzat la precisió presentant resultats obtinguts tant utilitzant dades sintètiques com càmeres reals. Calibrant cada una de les càmeres del sistema estereoscòpic es poden establir un conjunt de restriccions geomètri ques entre les dues imatges. Aquestes relacions són el que s'anomena geometria epipolar i estan contingudes en la matriu fonamental. Coneixent la geometria epipolar es pot: simplificar el problema de la correspondència reduint l'espai de cerca a llarg d'una línia epipolar; estimar el moviment d'una càmera quan aquesta està muntada sobre un robot mòbil per realitzar tasques de seguiment o de navegació; reconstruir una escena per aplicacions d'inspecció, propotipatge o generació de motlles. La matriu fonamental s'estima a partir d'un conjunt de punts en una imatges i les seves correspondències en una segona imatge. La tesi presenta un estat de l'art de les tècniques d'estimació de la matriu fonamental. Comença pels mètode lineals com el dels set punts o el mètode dels vuit punts, passa pels mètodes iteratius com el mètode basat en el gradient o el CFNS, fins arribar las mètodes robustos com el M-Estimators, el LMedS o el RANSAC. En aquest treball es descriuen fins a 15 mètodes amb 19 implementacions diferents. Aquestes tècniques són comparades tant des del punt de vista algorísmic com des del punt de vista de la precisió que obtenen. Es presenten el resultats obtinguts tant amb imatges reals com amb imatges sintètiques amb diferents nivells de soroll i amb diferent quantitat de falses correspondències. Tradicionalment, l'estimació del moviment d'una càmera està basada en l'aplicació de la geometria epipolar entre cada dues imatges consecutives. No obstant el cas tradicional de la geometria epipolar té algunes limitacions en el cas d'una càmera situada en un robot mòbil. Les diferencies entre dues imatges consecutives són molt petites cosa que provoca inexactituds en el càlcul de matriu fonamental. A més cal resoldre el problema de la correspondència, aquest procés és molt costós en quant a temps de computació i no és gaire efectiu per aplicacions de temps real. En aquestes circumstàncies les tècniques d'estimació del moviment d'una càmera solen basar-se en el flux òptic i en la geometria epipolar diferencial. En la tesi es realitza un recull de totes aquestes tècniques degudament classificades. Aquests mètodes són descrits unificant la notació emprada i es remarquen les semblances i les diferencies entre el cas discret i el cas diferencial de la geometria epipolar. Per tal de poder aplicar aquests mètodes a l'estimació de moviment d'un robot mòbil, aquest mètodes generals que estimen el moviment d'una càmera amb sis graus de llibertat, han estat adaptats al cas d'un robot mòbil que es desplaça en una superfície plana. Es presenten els resultats obtinguts tant amb el mètodes generals de sis graus de llibertat com amb els adaptats a un robot mòbil utilitzant dades sintètiques i seqüències d'imatges reals. Aquest tesi finalitza amb una proposta de sistema de localització i de construcció d'un mapa fent servir un sistema estereoscòpic situat en un robot mòbil. Diverses aplicacions de robòtica mòbil requereixen d'un sistema de localització amb l'objectiu de facilitar la navegació del vehicle i l'execució del les trajectòries planificades. La localització es sempre relativa al mapa de l'entorn on el robot s'està movent. La construcció de mapes en un entorn desconegut és una tasca important a realitzar per les futures generacions de robots mòbils. El sistema que es presenta realitza la localització i construeix el mapa de l'entorn de forma simultània. A la tesi es descriu el robot mòbil GRILL, que ha estat la plataforma de treball emprada per aquesta aplicació, amb el sistema de visió estereoscòpic que s'ha dissenyat i s'ha muntat en el robot. També es descriu tots el processos que intervenen en el sistema de localització i construcció del mapa. La implementació d'aquest processos ha estat possible gràcies als estudis realitzats i presentats prèviament (calibració de càmeres, estimació de la matriu fonamental, i estimació del moviment) sense els quals no s'hauria pogut plantejar aquest sistema. Finalment es presenten els mapes en diverses trajectòries realitzades pel robot GRILL en el laboratori. Les principals contribucions d'aquest treball són: ·Un estat de l'art sobre mètodes de calibració de càmeres. El mètodes són comparats tan des del punt de vista del model de càmera utilitzat com de la precisió dels mètodes. ·Un estudi dels mètodes d'estimació de la matriu fonamental. Totes les tècniques estudiades són classificades i descrites des d'un punt de vista algorísmic. ·Un recull de les tècniques d'estimació del moviment d'una càmera centrat en el mètodes basat en la geometria epipolar diferencial. Aquestes tècniques han estat adaptades per tal d'estimar el moviment d'un robot mòbil. ·Una aplicació de robòtica mòbil per tal de construir un mapa dinàmic de l'entorn i localitzar-se per mitja d'un sistema estereoscòpic. L'aplicació presentada es descriu tant des del punt de vista del maquinari com del programari que s'ha dissenyat i implementat.

Modelling climate change: the role of unresolved processes

Our understanding of the climate system has been revolutionized recently, by the development of sophisticated computer models. The predictions of such models are used to formulate international protocols, intended to mitigate the severity of global warming and its impacts. Yet, these models are not perfect representations of reality, because they remove from explicit consideration many physical processes which are known to be key aspects of the climate system, but which are too small or fast to be modelled. The purpose of this paper is to give a personal perspective of the current state of knowledge regarding the problem of unresolved scales in climate models. A recent novel solution to the problem is discussed, in which it is proposed, somewhat counter-intuitively, that the performance of models may be improved by adding random noise to represent the unresolved processes.

Empirical impact of cache effects for vision system design

Computer vision applications generally split their problem into multiple simpler tasks. Likewise research often combines algorithms into systems for evaluation purposes. Frameworks for modular vision provide interfaces and mechanisms for algorithm combination and network transparency. However, these don’t provide interfaces efficiently utilising the slow memory in modern PCs. We investigate quantitatively how system performance varies with different patterns of memory usage by the framework for an example vision system.

Curriculum theory, curriculum policy and the problem of ill-disciplined thinking

This paper examines the implications of policy fracture and arms length governance within the decision making processes currently shaping curriculum design within the English education system. In particular it argues that an unresolved ‘ideological fracture’ at government level has been passed down to school leaders whose response to the dilemma is distorted by the target-driven agenda of arms length agencies. Drawing upon the findings of a large scale on-line survey of history teaching in English secondary schools, this paper illustrates the problems that occur when policy making is divorced from curriculum theory, and in particular from any consideration of the nature of knowledge. Drawing on the social realist theory of knowledge elaborated by Young (2008), we argue that the rapid spread of alternative curricular arrangements, implemented in the absence of an understanding of curriculum theory, undermines the value of disciplined thinking to the detriment of many young people, particularly those in areas of social and economic deprivation.

Independent Domain of Symmetric Encryption using Least SignificantBit : Computer Vision, Steganography and Cryptography Techniques

The rapid development of data transfer through internet made it easier to send the data accurate and faster to the destination. There are many transmission media to transfer the data to destination like e-mails; at the same time it is may be easier to modify and misuse the valuable information through hacking. So, in order to transfer the data securely to the destination without any modifications, there are many approaches like cryptography and steganography. This paper deals with the image steganography as well as with the different security issues, general overview of cryptography, steganography and digital watermarking approaches.  The problem of copyright violation of multimedia data has increased due to the enormous growth of computer networks that provides fast and error free transmission of any unauthorized duplicate and possibly manipulated copy of multimedia information. In order to be effective for copyright protection, digital watermark must be robust which are difficult to remove from the object in which they are embedded despite a variety of possible attacks. The message to be send safe and secure, we use watermarking. We use invisible watermarking to embed the message using LSB (Least Significant Bit) steganographic technique. The standard LSB technique embed the message in every pixel, but my contribution for this proposed watermarking, works with the hint for embedding the message only on the image edges alone. If the hacker knows that the system uses LSB technique also, it cannot decrypt correct message. To make my system robust and secure, we added cryptography algorithm as Vigenere square. Whereas the message is transmitted in cipher text and its added advantage to the proposed system. The standard Vigenere square algorithm works with either lower case or upper case. The proposed cryptography algorithm is Vigenere square with extension of numbers also. We can keep the crypto key with combination of characters and numbers. So by using these modifications and updating in this existing algorithm and combination of cryptography and steganography method we develop a secure and strong watermarking method. Performance of this watermarking scheme has been analyzed by evaluating the robustness of the algorithm with PSNR (Peak Signal to Noise Ratio) and MSE (Mean Square Error) against the quality of the image for large amount of data. While coming to see results of the proposed encryption, higher value of 89dB of PSNR with small value of MSE is 0.0017. Then it seems the proposed watermarking system is secure and robust for hiding secure information in any digital system, because this system collect the properties of both steganography and cryptography sciences.

Is more better? The relationship between outcomes achieved by problem gamblers and the number of counselling sessions attended

This paper addresses the question of how much intervention is necessary for the effective treatment of problem gambling by exploring the relationship between the number of counselling sessions attended and the degree of problem resolution achieved for 613 individuals who attended problem gambling counselling services in Victoria. While those who achieved partial or full resolution of presenting problems attended more sessions than those who finished counselling with their problems still unresolved, problems were typically reported as being resolved in fewer than five sessions. It is concluded that for some problem gamblers a relatively brief intervention may be sufficient.

Depth estimation using multi-wavelet analysis based stereo vision approach

The problem of dimensional defects in aluminum die- casting is widespread throughout the foundry industry and their detection is of paramount importance in maintaining product quality. Due to the unpredictable factory environment and metallic, with highly reflective, nature of aluminum die-castings, it is extremely hard to estimate true dimensionality of the die-casting, autonomously. In this work, we propose a novel robust 3D reconstruction algorithm capable of reconstructing dimensionally accurate 3D depth models of the aluminum die-castings. The developed system is very simple and cost effective as it consists of only a stereo cameras pair and a simple fluorescent light. The developed system is capable of estimating surface depths within the tolerance of 1.5 mm. Moreover, the system is invariant to illuminative variations and orientation of the objects in the input image space, which makes the developed system highly robust. Due to its hardware simplicity and robustness, it can be implemented in different factory environments without a significant change in the setup.

Vision

"No photographed images. All handmade. It's all these squares, lines. The main techniques were bleaching and dyeing and sticking letraset-type material to the film strip. Used the pos/neg thing, inserting film strips to sustain shapes, otherwise you're talking about the one film all the time: it begins to look the same. There is a growing need to sustain shapes, patterns, etc. Hence the squares, lines. Breaking away from the rush of shapes. It's more of a problem to get away from in Vision because there are no photographic images. A very ordered film. Very Dutch. Took it all out of 800 ft. of this type of stuff and ended up with 150 ft. of selected squares and circles. The images don't rush, they much more fold over the top of one another. Mondrian-inspired." http://www.innersense.com.au/mif/debruyn_films.html

Depth estimation using multiwavelet analysis based stereo vision approach

The problem of dimensional defects in aluminum die-casting is widespread throughout the foundry industry and their detection is of paramount importance in maintaining product quality. Due to the unpredictable factory environment and metallic, with highly reflective, nature of aluminum die-castings, it is extremely hard to estimate true dimensionality of the die-casting, autonomously. In this work, we propose a novel robust 3D reconstruction algorithm capable of reconstructing dimensionally accurate 3D depth models of the aluminum die-castings. The developed system is very simple and cost effective as it consists of only a stereo camera pair and a simple fluorescent light. The developed system is capable of estimating surface depths within the tolerance of 1.5 mm. Moreover, the system is invariant to illuminative variations and orientation of the objects in the input image space, which makes the developed system highly robust. Due to its hardware simplicity and robustness, it can be implemented in different factory environments without a significant change in the setup.

Wavelets/multiwavelets bases and correspondence estimation problem : an analytic study

Correspondence estimation in one of the most active research areas in the field of computer vision and number of techniques has been proposed, possessing both advantages and shortcomings. Among the techniques reported, multiresolution analysis based stereo correspondence estimation has gained lot of research focus in recent years. Although, the most widely employed medium for multiresolution analysis is wavelets and multiwavelets bases, however, relatively little work has been reported in this context. In this work we have tried to address some of the issues regarding the work done in this domain and the inherited shortcomings. In the light of these shortcomings, we propose a new technique to overcome some of the flaws that could have significantly impact on the algorithm performance and has not been addressed in the earlier propositions. Proposed algorithm uses multiresolution analysis enforced with wavelets/multiwavelts transform modulus maxima to establish correspondences between the stereo pair of images. Variety of wavelets and multiwavelets bases, possessing distinct properties such as orthogonality, approximation order, short support and shape are employed to analyse their effect on the performance of correspondence estimation. The idea is to provide knowledge base to understand and establish relationships between wavelets and multiwavelets properties and their effect on the quality of stereo correspondence estimation.

Stereo vision and wavelets/multiwavelets analysis : 3d reconstruction using wavelets/multiwavelets theory and stereo vision

During the image formation process of the camera, explicit 3D information about the scene or objects in the scene are lost. Therefore, 3D structure or depth information has to be inferred implicitly from the 2D intensity images. This problem is com- monly referred to as 3D reconstruction. In this work a complete 3D reconstruction algorithm is presented, capable of reconstructing dimensionally accurate 3D models of the objects, based on stereo vision and multi-resolution analysis. The developed system uses a reference depth model of the objects under observation to improve the disparity maps, estimated. Only a few features are extracted from that reference model, which are the relative location of the discontinuities and the z-dimensional extremes of objects depth. The maximum error deviation of the estimated depth along the surfaces is less than 0.5mm and along the discontinuities is less than 1.5mm. The developed system is invariant to illuminative variations, and orientation, location and scaling of the objects under consideration, which makes the developed system highly robust.

Obtaining functional parametric models using active vision strategies

This paper addresses the problem of determining which 3D shape is present, and more importantly, the dimensions of the shape in a scene. This is performed in an active vision system because it reduces the complexity of the problem through the use of gaze stabilization, choice of foveation point, and selective processing by adaptively processing regions of interest. In our case, only a small number of equations and parameters are needed for each shape and these are incorporated into functional descriptions of the shapes.

Emerging hypothesis verification using function-based geometric models and active vision strategies

This paper describes an investigation into the use of parametric 2D models describing the movement of edges for the determination of possible 3D shape and hence function of an object. An assumption of this research is that the camera can foveate and track particular features. It is argued that simple 2D analytic descriptions of the movement of edges can infer 3D shape while the camera is moved. This uses an advantage of foveation i.e. the problem becomes object centred. The problem of correspondence for numerous edge points is overcome by the use of a tree based representation for the competing hypotheses. Numerous hypothesis are maintained simultaneously and it does not rely on a single kinematic model which assumes constant velocity or acceleration. The numerous advantages of this strategy are described.