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Entering the work envelope of an industrial robot can lead to severe injury from collisions with moving parts of the system. Conventional safety mechanisms therefore mostly restrict access to the robot using physical barriers such as walls and fences or non-contact protective devices including light curtains and laser scanners. As none of these mechanisms applies to human-robot-collaboration (HRC), a concept in which human and machine complement one another by working hand in hand, there is a rising need for safe and reliable detection of human body parts amidst background clutter. For this application camera-based systems are typically well suited. Still, safety concerns remain, owing to possible detection failures caused by environmental occlusion, extraneous light or other adverse imaging conditions. While ultrasonic proximity sensing can provide physical diversity to the system, it does not yet allow to reliably distinguish relevant objects from background objects.This work investigates a new approach to detecting relevant objects and human body parts based on acoustic holography. The approach is experimentally validated using a low-cost application-specific ultrasonic sensor system created from micro-electromechanical systems (MEMS). The presented results show that this system far outperforms conventional proximity sensors in terms of lateral imaging resolution and thus allows for more intelligent muting processes without compromising the safety of people working close to the robot. Based upon this work, a next step could be the development of a multimodal sensor systems to safeguard workers who collaborate with robots using the described ultrasonic sensor system.
Die Detektion von Explosivstoffen stellt ein zentrales Feld der zivilen Sicherheitsforschung dar. Eine besondere Herausforderung liegt hierbei in dem Nachweis verpackter Substanzen, wie es bei Unkonventionellen Spreng- und Brandvorrichtung (USBV) häufig der Fall ist. Derzeit eingesetzte Verfahren arbeiten meist mit bildgebenden Techniken, durch die sich ein Anfangsverdacht ergibt. Der tatsächliche chemische Inhalt der USBV lässt sich jedoch nicht exakt ermitteln. Eine genaue Beurteilung der Gefährdung durch solche Substanzen ist allerdings von großer Bedeutung, insbesondere wenn die Entschärfung des Objekts in bewohntem Gebiet stattfinden muss. In der vorliegenden Arbeit wird ein Verfahren vorgestellt, das sich als Verifikationsverfahren bei bestehendem Anfangsverdacht gezielt einsetzen lässt. Hierzu wird mittels Laserbohrtechnik zunächst die äußere Hülle des zu untersuchenden Gegenstandes durchdrungen. Anschließend finden eine lasergestützte Probenahme des Inhalts sowie die Detektion unter Verwendung geeigneter Analysemöglichkeiten statt. Der Bohr- und Probenahmefortschritt wird über verschiedene spektroskopische und sensorische Verfahren begleitend überwacht. Zukünftig soll das System abstandsfähig auf Entschärfungsrobotern eingesetzt werden.
The detection of human skin in images is a very desirable feature for applications such as biometric face recognition, which is becoming more frequently used for, e.g., automated border or access control. However, distinguishing real skin from other materials based on imagery captured in the visual spectrum alone and in spite of varying skin types and lighting conditions can be dicult and unreliable. Therefore, spoofing attacks with facial disguises or masks are still a serious problem for state of the art face recognition algorithms. This dissertation presents a novel approach for reliable skin detection based on spectral remission properties in the short-wave infrared (SWIR) spectrum and proposes a cross-modal method that enhances existing solutions for face verification to ensure the authenticity of a face even in the presence of partial disguises or masks. Furthermore, it presents a reference design and the necessary building blocks for an active multispectral camera system that implements this approach, as well as an in-depth evaluation. The system acquires four-band multispectral images within T = 50ms. Using a machine-learning-based classifier, it achieves unprecedented skin detection accuracy, even in the presence of skin-like materials used for spoofing attacks. Paired with a commercial face recognition software, the system successfully rejected all evaluated attempts to counterfeit a foreign face.
A deployment of the Vehicle-2-Vehicle communication technology according to ETSI is in preparation in Europe. Currently, a policy for a necessary Public Key Infrastructure to enrol cryptographic keys and certificates for vehicles and infrastructure component is in discussion to enable an interoperable Vehicle-2-Vehicle communication. Vehicle-2-Vehicle communication means that vehicles periodically send Cooperative Awareness Messages. These messages contain the current geographic position, driving direction, speed, acceleration, and the current time of a vehicle. To protect privacy (location privacy, “speed privacy”) of vehicles and drivers ETSI provides a specific pseudonym concept. We show that the Vehicle-2-Vehicle communication can be misused by an attacker to plot a trace of sequent Cooperative Awareness Messages and to link this trace to a specific vehicle. Such a trace is non-disputable due to the cryptographic signing of the messages. So, the periodically sending of Cooperative Awareness Messages causes privacy problems even if the pseudonym concept is applied.
A deployment of the Vehicle-to-Vehicle communication technology according to ETSI is in preparation in Europe. Currently, a Public Key Infrastructure policy for Intelligent Transport Systems in Europe is in discussion to enable V2V communication. This policy set aside two classes of keys and certificates for ITS vehicle stations: long term authentication keys and pseudonymous keys and certificates. We show that from our point of view the periodic sent Cooperative Awareness Messages with extensive data have technical limitations and together with the pseudonym concept cause privacy problems.
Der Asiatische Laubholzbockkäfer (Anoplophora glabripennis, kurz: ALB) ist ein Bockkäfer, der 2001 seinen Weg nach Europa fand. Er ist als Quarantäneschaderreger eingestuft und muss in Europa bekämpft werden. Eine der Möglichkeiten zum Aufspüren befallener Bäume ist der Einsatz von Spürhunden. Die Einstufung des ALB als Quarantäneschädling bringt große Probleme bei der Verwendung von Trainingsmaterial mit sich. Da es sich zudem um biologisches Material handelt, das geruchchemisch Änderungen und Variationen unterworfen ist, und da die für den Hund relevanten Geruchsstoffe nicht bekannt sind, ist es häufig schwierig, geeignete und frische Geruchsträger als Trainingshilfsmittel zur Verfügung zu stellen.
Persons entering the working range of industrial robots are exposed to a high risk of collision with moving parts of the system, potentially causing severe injuries. Conventional systems, which restrict the access to this area, range from walls and fences to light barriers and other vision based protective devices (VBPD). None of these systems allow to distinguish between humans and workpieces in a safe and reliable manner. In this work, a new approach is investigated, which uses an active near-infrared (NIR) camera system with advanced capabilities of skin detection to distinguish humans from workpieces based on characteristic spectral signatures. This approach allows to implement more intelligent muting processes and at the same time increases the safety of persons working close to the robots. The conceptual integration of such a camera system into a VBPD and the enhancement of person detection methods through skin detection are described and evaluated in this paper. Based upon this work, next steps could be the development of multimodal sensor systems to safeguard working ranges of collaborating robots using the described camera system.
The proper use of protective hoods on panel saws should reliably prevent severe injuries from (hand) contact with the blade or material kickbacks. It also should minimize long-term lung damages from fine-particle pollution. To achieve both purposes the hood must be adjusted properly by the operator for each workpiece to fit its height. After a work process is finished, the hood must be lowered down completely to the bench. Unfortunately, in practice the protective hood is fixed at a high position for most of the work time and herein loses its safety features. A system for an automatic height adjustment of the hood would increase comfort and safety. If the system can distinguish between workpieces and skin reliably, it furthermore will reduce occupational hazards for panel saw users. A functional demonstrator of such a system has been designed and implemented to show the feasibility of this approach. A specific optical sensor system is used to observe a point on the extended cut axis in front of the blade. The sensor determines the surface material reliably and measures the distance to the workpiece surface simultaneously. If the distance changes because of a workpiece fed to the machine, the control unit will set the motor-adjusted hood to the correct height. If the sensor detects skin, the hood will not be moved. In addition a camera observes the area under the hood. If there are no workpieces or offcuts left under the hood, it will be lowered back to the default position.
In der vorliegenden Arbeit wird ein neuartiges Verfahren zur Echtzeitüberwachung von Laserbohrprozessen vorgestellt. Die Untersuchungen werden an unterschiedlichen Materialien unter Einsatz eines passiv-gütegeschalteten Nd:YAG Lasers durchgeführt. Prozessbegleitend findet eine Aufzeichnung der akustischen Emissionen mit anschließender Analyse durch schnelle Fourier-Transformation statt. Hierdurch lassen sich der Durchbruch beim Bohren durch ein Material sowie der Materialübergang mehrschichtiger Systeme detektieren. Die akustischen Messungen werden durchAuswertung der Pulsfolge des Lasers mittels einer Fotodiode gestützt. Hierbei zeigt sich eine gute Übereinstimmung der im akustischen Spektrum dominanten Frequenz mit der jeweils im Laserburstauftretenden Pulsfrequenz. Das vorgestellte Verfahren ermöglicht eine Echtzeitüberwachung beim Laserbohren mittels kostengünstiger und einfacher Hardware. Zudem zeichnet es sich im Gegensatz zu bestehenden Verfahren durch eine hohe Robustheit gegen äußere Störeinflüsse aus, da eine frequenzbasierte Auswertung stattfindet.
Unkonventionelle Spreng- und Brandvorrichtungen sind Bedrohungen in den weltweiten Konfliktherden und werden bei terroristischen Aktivitäten verwendet. Der Schutz von Menschen und Material erfordert daher effektive Gegenmaßnahmen. Dazu gehört auch die Anforderung an Sicherheitskräfte oder militärisches Personal, unbekannte Substanzfunde mit geringem zeitlichem und logistischem Aufwand vor Ort als gefährdend oder unkritisch einzustufen. Um Explosivstoffe von nicht-explosiven Materialien zu unterscheiden, kann die bei Explosivstoffen initiierbare, stark exotherme Reaktion genutzt werden. Diese resultiert in Strahlungsemissionen sowie in lokaler Druck- und Temperaturerhöhung. Die Messung dieser Reaktionseffekte und die Anforderung an eine mobile, einfach zu bedienende und robuste Analytik werden durch ein System ermöglicht, das Proben im einstelligen mg-Bereich durch schnelles Erhitzen auf mikrostrukturierten Heizern zum chemischen Umsatz anregt. Die emittierte Strahlung wird mit Photodioden im Bereich des sichtbaren und nah-infraroten Lichts aufgenommen, ein Sensor registriert die Druckerhöhung in einer geschlossenen Versuchskammer. In einem zweiten Aufbau werden die gasförmigen Reaktionsprodukte über ein Sensorarray von vier kommerziellen Gassensoren geleitet und die Signalantworten der Halbleitergassensoren mittels Hauptkomponentenanalyse ausgewertet. Die Ergebnisse zeigen, dass die schnelle thermische Aktivierung für die untersuchten primären Explosivstoffe, Treibladungspulver, sowie Trinitrotoluol (TNT) reproduzierbar erfolgt. Nicht-Explosivstoffe werden dabei im untersuchten Umfang sicher als unkritisch erkannt. Die Auswertung der Gassensorsignale liefert eine Unterscheidung von Nitrat- und Peroxid-basierten Sprengstoffen sowie von nicht-explosiven Substanzen.