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This paper presents recent research on an active multispectral scanning sensor capable of classifying an object's surface material in order to distinguish between different kinds of materials and human skin. The sensor itself has already been presented in previous work and can be used in conjunction with safeguarding equipment at manually-fed machines or robot workplaces, for example. This work shows how an extended sensor system with advanced material classifiers can be used to provide additional value by distinguishing different materials of work pieces in order to suggest different tools or parameters for the machine (e.g. the use of a different saw blade or rotation speed at table saws). Additionally, a first implementation and evaluation of an active multispectral camera system addressing new safety applications is described. Both approaches intend to increase the productivity and the user's acceptance of the sensor technology.
At previous SIAS conferences, we presented a novel opto-electronic safety sensor system for skin detection at circular saws jointly developed with the Institute for Occupational Safety and Health of the German Social Accident Insurance (IFA). This work now presents the development results of our consecutive research on a prototype of a sensor system for more general production machine applications including robot workplaces. The system uses offthe shelf LEDs and photodiodes in combination with dedicated optics and a microcontroller system to implement a so-called spectral light curtain.
Design of an Active Multispectral SWIR Camera System for Skin Detection and Face Verification
(2016)
Biometric face recognition is becoming more frequently used in different application scenarios. However, spoofing attacks with facial disguises are still a serious problem for state of the art face recognition algorithms. This work proposes an approach to face verification based on spectral signatures of material surfaces in the short wave infrared (SWIR) range. They allow distinguishing authentic human skin reliably from other materials, independent of the skin type. We present the design of an active SWIR imaging system that acquires four-band multispectral image stacks in real-time. The system uses pulsed small band illumination, which allows for fast image acquisition and high spectral resolution and renders it widely independent of ambient light. After extracting the spectral signatures from the acquired images, detected faces can be verified or rejected by classifying the material as "skin" or "no-skin". The approach is extensively evaluated with respect to both acquisition and classification performance. In addition, we present a database containing RGB and multispectral SWIR face images, as well as spectrometer measurements of a variety of subjects, which is used to evaluate our approach and will be made available to the research community by the time this work is published.
Intimate swabs taken for examination in sexual assault cases typically yield mixtures of sperm and epithelial cell types. While powerful, differential extraction protocols to overcome such cell type mixtures by separate lysis of epithelial cells and spermatozoa can still prove ineffective, in particular if only few sperm cells are present or if swabs contain sperm from more than one individual leading to complex low level DNA mixtures. A means to avoid such mixtures consists in the analysis of single micromanipulated sperm cells. However, the quantity of DNA from single sperm cells is not sufficient for conventional STR analysis. Here, we describe a simple method for micromanipulating individual sperm cells from intimate swabs and show that whole genome amplification can generate sufficient amounts of DNA from single cells for subsequent DNA profiling. We recovered over 80% of alleles of haploid autosomal STR profiles from the majority of individual sperm cells. Furthermore, we demonstrate that in mixtures of sperm from two contributors, Y-STR and X-STR profiles of individual sperm cells can be used to sort the haploid autosomal profiles to develop the diploid consensus STR profiles of the individual donors. Finally, by analysing single sperm cells from mock sexual assault swabs with one or two sperm donors, we showed that our protocols enabled the identification of the unknown male contributors.
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.
Sensoren können verschiedene Aufgaben erfüllen, wie beispielsweise die Optimierung von Prozessen, die Interaktion zwischen Geräten oder die Verbesserung der zivilen Sicherheit. [1–3] Ihr Bedarf für die Industrie oder den Alltag wächst seit Jahren stetig. Besonders mobile Gassensoren sind von großem Interesse. Jedoch ist ihre Anwendung meist durch ihre integrierte Batterie begrenzt. Gassensoren ohne oder mit einem nur sehr geringen Energieverbrauch stehen daher im Interesse bei neuen Anwendungsgebieten, beispielsweise im Brandschutz oder in der Textilindustrie. [4,5] Die Sensoren könnten zum Beispiel in die Textilien einer persönlichen Schutzausrüstung eingearbeitet werden und durch einen Farbumschlag die Anwesenheit eines Gases oder die Überschreitung des Grenzwertes toxischer Substanzen anzeigen.
In this work, the surface reactions of the homemade explosive triacetone triperoxide on tungsten oxide (WO3) sensor surfaces are studied to obtain detailed information about the chemical reactions taking place. Semiconductor gas sensors based on WO3 nanopowders are therefore produced and characterized by scanning electron microscopy, X-ray diffraction, and Raman spectroscopy. To analyze the reaction mechanisms at the sensor surface, the sensor is monitored online under operation conditions using Raman spectroscopy, which allows to identify the temperature-dependent sensor reactions. By combining information from the Raman spectra with data on the changing resistivity of the underlying semiconductor, it is possible to establish a correlation between the adsorbed gas species and the physical properties of the WO3 layer. In the results, it is indicated that a Lewis acid–base reaction is the most likely mechanism for the increase in resistance observed at temperatures below 150 °C. In the results, at higher temperatures, the assumption of a radical mechanism that causes a decrease in resistance is supported.
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.
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.
Im Rahmen der Forschungsprojekte FeGeb und SPAI wurden bei zahlreichen Probanden Hautproben an mehreren Stellen des Gesichts, sowie der Arme und Hände, mit einem Nahinfrarot-Spektrometer (NIR, auch „Short Wave Infrared“, SWIR) erfasst und die Gesichter der Probanden zusätzlich mit einer hochwertigen Farb-Kamera, sowie einem selbst entwickelten multispektralen NIR-Kamerasystem aus mehreren Perspektiven aufgenommen. Vorrangiges Ziel dieser Messreihe war es, die Robustheit des an der Hochschule entwickelten Verfahrens zur berührungslosen Hauterkennung mittels multispektraler Nahinfrarotsensorik nachzuweisen. Haut ist im nahinfraroten Spektralbereich unabhängig von Geschlecht, Alter und Hauttyp sehr gut von anderen Materialien unterscheidbar. Weiterhin konnte mit Hilfe der so aufgenommenen Daten ein Klassifikator trainiert werden, der auch „Fälschungen“ wie beispielsweise Latexmasken zuverlässig von echter Haut unterscheiden kann.
Ein Teil der aus dieser Messreihe entstandenen Datenbank kann zum Download angefordert und für wissenschaftliche und akademische Zwecke in Forschung und Lehre kostenfrei verwendet werden.