• Rural Digital Europe
• Publicationsclose
• Open Access close
• Thesis close
• DSpace at Tartu University Library close

Eesti keeles: Mobiilne robot KUKA youBot on oma funktsionaalsuselt päevakajaline nii teaduse kui õppetöö eesmärkidel, sest tegu on omniliikuva mobiilse manipulaatoriga. Ent roboti pardaarvuti (Intel Atom D510 Dual Core 1.66 GHz, 2 GB DDR2 RAM) on vananenud ja tootja poolt toetatud tarkvara (ROS Indigo ja Ubuntu 14.04) aegunud. Seetõttu oleks vajalik robot ajakohastada nii, et seda saaks kasutada kaasaegsetes lahendustes. Roboti ajakohastamiseks asendati KUKA youBoti pardaarvuti Intel NUCiga (Intel Core i5-4250U, 4 GB DDR3 RAM) ja paigaldati ROS Kinetic ning Ubuntu 16.04. Riistvara ja tarkvara uuendamise tulemusena tõusis KUKA youBoti pardaarvuti jõudlus. Suurim muutus toimus manipulaatori liigutusplaneerimisele kulunud ajas, mis vähenes enam kui 100 korda. In English: Mobile robot KUKA youBot is functionally relevant in research and education purposes because it is a omnidirectional mobile manipulator. But the robot’s onboard computer (Intel Atom D510 Dual Core 1.66 GHz, 2 GB DDR2 RAM) and the software the manufacturer supports (ROS Indigo and Ubuntu 16.04) are out of date. For that reason the robot needs to be brought up to date so it could be used in modern solutions. To bring the robot up to date, KUKA youBot’s onboard computer was replaced with Intel NUC (Intel Core i5-4250U, 4 GB DDR3 RAM) and ROS Kinetic and Ubuntu 16.04 were installed. As a result of upgrading The hardware and software, KUKA youBot’s performance increased. The biggest change could be seen in the manipulator’s movement planning time, where it decreased more than a 100 times.

In this thesis a diffraction limited optical design for a radiometrically calibrated miniature multispectral Earth observation imager is proposed and its performance analysed. The goal of the imager is to capture quantitative data for remote sensing with a radiometric accuracy of 5% during a three year lifetime in Low Earth Orbit. The design is based on optical and radiometric requirements that were derived from a radiometric budget analysis and the requirements from the original proposal. The budget also set requirements for different optical components which were chosen as part of this work. A tolerance analysis was performed on the optical design taking into account the uncertainties from manufacturing and assembly. It was found that instrument design fulfills the original requirements and it will be used to build a prototype instrument for the European Space Agency. Magistritöö raames töötati välja radiomeetriliselt kalibreeritud miniatuurse multispektraalse maavaatluskaamera difratksiooniga piiratud optiline ülesehitus ning viidi läbi selle kvaliteedi analüüs. Kaamera eesmärk on kolmeaastase eluea vältel Maa-l¨ahedasel orbiidil jäädvustada kvantitatiivseid kaugseire andmeid, mille radiomeetriline täpsus on 5%. Kaamera optiline ülesehitus põhineb optilistel ja radiomeetrilistel nõuetel, mis tulenevad projekti esialgsest kirjeldusest ning radiomeetrilise eelarve analüüsist. Eelarve tingis nõuded ka teistele optika komponentidele, mis valiti välja selle töö käigus. Optilisele disainile tehti ka tolerantsianalüüs, mis põhines kaamera valmistamisel ning kokkupanekul tekkivatel määramatustel. Analüüs näitas, et kaamera disain vastab algupärastele nõuetele ning sellest lähtuvalt ehitatakse prototüüp Euroopa Kosmoseagentuuri jaoks.

Käesolev doktoritöö analüüsib lokaalstatistikute kasutamist rohumaade ja metsade kaugseires. Töö esimene osa käsitleb rohumaade monitoorimist tehisava-radari (synthetic aperture radar (SAR)) abil ning teine osa metsade kaugseiret kasutades optilisi sensoreid. Analüüsides rohumaade niitmise ja C- laineala tehisava-radari interferomeetrilise koherentsuse seoseid leiti, et selle parameetri kasutamisel on potentsiaali niitmise tuvastamise algoritmide ja rakenduste väljaarendamiseks. Tulemused näitavad, et pärast niitmist on VH ja VV polarisatsiooni 12-päeva interferomeetrilise koherentsuse mediaan väärtused statistiliselt oluliselt kõrgemad võrreldes niitmise eelse olukorraga. Koherentsus on seda kõrgem, mida väiksem on ajaline vahe niitmise ja pärast seda üles võetud esimese interferomeetrilise mõõtmise vahel. Hommikune kaste, sademed, põllutööde teostamine, näiteks külv või kündmine, kõrgelt niitmine ja kiire rohu kasv pärast niitmist vähendavad koherentsust ja raskendavad niitmise sündmuste eristamist. Selleks, et eelpoolnimetatud mõjusid leevendada tuleks tulevikus uurida 6-päeva koherentsuse ja niitmise sündmuste vahelisi seoseid. Käesolevas doktoritöös esitatud tulemused loovad siiski tugeva aluse edasisteks uuringuteks ja arendusteks eesmärgiga võtta C-laineala tehisava-radari andmed niitmise tuvastamisel ka praktikas kasutusele. Lisaks näidati, et ortofotodel põhinevate metsa kaugseire hinnangute andmisel on abi lokaalstatistikute kasutamisest. Analüüsides kaugseire hinnangut riigimetsa takseerandmete (national forest inventory) kohta leiti, et näidistel põhinev järeldamine (case-based reasoning (CBR)) sobib hästi selliste kaugseire ülesannete empiirilisteks lahendusteks, kus sisendandmetena on kasutatavad väga paljud erinevad andmeallikad. Leiti, et klasteranalüüsi saab kasutada kaugseire tunnuste eelvaliku meetodina. Võrreldes erinevaid tekstuuri statistikuid näidati, et lokaalselt arvutatud keskväärtus on kõige väärtuslikum tunnus. Järeldati, et nii statistiliste kui ka struktuursete lokaalstatistikute kasutamisega saab lisada pikslipõhistele kaugseire hinnangutele olulist andmestikku. This thesis studies approaches for remote sensing of grasslands and forests based on local statistics. The first part of the thesis focuses on monitoring of grasslands with SAR and the second part to monitoring of forests with optical sensors. It is shown that there is potential to develop mowing detection algorithms and applications using C-band SAR temporal interferometric coherence. The results demonstrate that after a mowing event, median VH and VV polarisation 12-day interferometric coherence values are statistically significantly higher than those from before the event. The sooner after the mowing event the first interferometric acquisition is taken, the higher the coherence. Morning dew, precipitation, farming activities, such as sowing or ploughing, high residual straws after the cut and rapid growth of grass are causing the coherence to decrease and impede the distinction of a mowing event. In the future, six-day interferometric coherence should also be analysed in relation to mowing events to alleviate some of these factors. Nevertheless, the results presented in this thesis offer a strong basis for further research and development activities towards the practical use of spaceborne C-band SAR data for mowing detection. Further, it was shown that local statistics can be useful for estimation of forest parameters from ortophotos and they could also provide helpful ancillary information to conduct a photo-interpretation tasks over forested areas. It was demonstrated that cluster analysis can be used as pre-selection method for the reduction of remote sensing features. Additionally, it was shown that case-based reasoning (a machine learning method) is well suited for empirical solutions of remote sensing tasks where there are many different data sources available. It was concluded that the use of local statistics adds valuable data to pixel-based remote sensing estimations. Väitekirja elektrooniline versioon ei sisalda publikatsioone

Käesoleva bakalaureusetöö eesmärgiks on uurida võimalust luua targa kodu süsteemi lahendus, mis ei sõltu olemasolevast infrastruktuurist. Töö käigus koostatakse operatsioonisüsteemi Android rakendus, kasutaja arvutis jooksev keskserver programmeerimiskeeles Python ja disainitakse ning luuakse rulookardinat keriv seade, mida rakendusest seejärel juhtida saab. Töös kirjeldatakse komponentide valiku põhimõtteid, tuuakse välja nende eelised ja puudused valitud ning alternatiivsete võimalike lahenduste vahel.

Kasvuhooned nõuavad tihti palju hoolt ning järelvalvet. Inimeste töö lihtsustamiseks saab tavasuuruses kasvuhoone haldamise usaldada tehnikale. Selle bakalaureusetöö eesmärgiks on luua võimalus taimede kasvatamiseks ning hooldamiseks mobiilse rakenduse abil kodust eemal. Töös antakse ülevaade sarnastest projektidest, projekti puudustest, eelistest ning projekti ärilistest võimalustest praegusel turul. Töö tulemusel disainiti ja valmistati prototüüp rakenduse abil juhitavast kasvuhoonest.

2017. aastast on Tartu Ülikooli tehnoloogiainstituudis arendusel avatud robotiplatvorm nimega Robotont. Robotondi eesmärgiks on leida kasutust nii teadus- kui ka haridusvaldkonnas. 2017. aastal valmis Robotondile tarkvaraline lahendus, mis andis platvormile ühilduvuse ROSi raamistikuga ja liikumis- ja juhtimisvõimekuse. Käesoleva bakalaureusetöö eesmärk on parandada Robotont platvormi põhivara, lisada Robotont draiverile odomeetria arvutamine ja universaalne omniliikumine.

Aju-arvuti liides (AAL) loob võimaluse inimeste või seadmetega suhtlemiseks kasutades selleks ainuüksi ajutegevust. AALid on eestkätt mõeldud kasutamiseks meditsiinis, kuna võimaldavad puuetega isikutel seadmeid kontrollida, paremini suhelda või enda eest hoolitseda. Olemasolevate AAL süsteemide probleemideks on madal infoedastuskiirus ning keerulised seadmed, mille kasutamisega ei pruugi inimene üksi hakkama saada. Käesoleva töö eesmärgiks oli luua liikumispuudega inimeste abistamiseks lihtsasti kasutatav, soodne ja modulaarne EEG-põhine AAL prototüüp. Valmis visuaalselt esilekutsutud potentsiaalidel (Steady-State Visually Evoked Potential ehk SSVEP) põhinev nelja vilkuva stiimuliga AAL, mille abil juhiti robotmanipulaatoreid. AALi loomiseks kasutati OpenBCI EEG signaalihõiveseadet, andmetöötluseks tarkvaraplatvormi OpenVibe ning kahte robotmanipulaatorit, mida juhiti kasutades ROS (Robot Operating System) tarkvararaamistikku. Signaalitöötluses kasutati CSP (Common Spatial Pattern) filtrit, signaalide võimsusspektrit ning klassifitseerimiseks LDA (Linear Discriminant Analysis) ja SVM(Support VectorMachine) algortime. Töö tulemusena valmis täisfunktsionaalne AAL prototüüp, mida testiti 8 kasutaja peal ning saavutati keskmine infoedastuskiirus 42.5 bit/min ja klassifitseerimistäpsus 91 %. Loodud lahenduse funktsionaalsuse demonstreerimiseks valiti kasutusjuht, kus inimene saab roboti abil ühe eseme tuua enda juurde käsi-jalgu kasutamata.

Järjest laienev robotite kasutusvaldkond nõuab inimeste ja robotite vahel üha tihedamat koostööd, mida kirjeldatakse koondterminiga inimese ja roboti suhtlus (ingl „Human-Robot Interaction“). Seetõttu on vajalik arendada töökindlaid meetodeid inimeste tuvastamiseks ning luua intuitiivseid kasutajaliideseid robotite kergeks juhtimiseks. Käesoleva bakalaureusetöö eesmärgiks on luua draiver, mis võimaldaks kasutada käte jälgimise seadet Leap Motion kontroller (LM-kontroller) robootika arendusplatvormil ROS (Robot Operating System). Kuigi arendusplatvormile ROS eksisteerib juba LM-kontrollerile draiver, siis selle funktsionaalsus ja dokumentatsioon on puudulikud ning alates 2014. aastast pole seda arendatud, sest koodihoidlal puudub aktiivne haldaja. Bakalaureusetöö raames valminud LM-kontrolleri draiveripaketi eesmärgiks on laiendada olemasoleva paketi võimalusi, tõsta seadme kasutajamugavust nii kasutajatele kui ka arendajatele ning koostada terviklik dokumentatsioon (paigaldusjuhendid ja lähtekoodi kommentaarid).

In this thesis, a study of both hardware and software solutions for image enhance¬ment has been done. On the hardware side, a new liquid lens design with a DESA membrane located directly in the optical path has been demonstrated. Two pro¬totypes with two different DESA, which have a 40 and 20 mm active area in diameter, were developed. The lens performance was consistent with the mechan¬ics of elastomer deformation and relative focal length changes. A laser beam was used to show the change in the meniscus and to measure the focal length of the lens. The experimental results demonstrate that voltage in the range of 50 to 750 V is required to create change in the meniscus. On the software side, a new satellite image enhancement system was proposed. The proposed technique decomposed the noisy input image into various frequency subbands by using DT-CWT. After removing the noise by applying the LA-BSF technique, its resolution was enhanced by employing DWT and interpolating the high-frequency subband images. An original image was interpolated with half of the interpolation factor used for interpolating the high-frequency subband images, and the super-resolved image was reconstructed by using IDWT. A novel single-image SR method based on a generating dictionary from pairs of HR and their corresponding LR images was proposed. Firstly, HR and LR pairs were divided into patches in order to make HR and LR dictionaries respectively. The initial HR representation of an input LR image was calculated by combining the HR patches. These HR patches are chosen from the HR dictionary corre-sponding to the LR patches that have the closest distance to the patches of the in¬put LR image. Each selected HR patch was processed further by passing through an illumination enhancement processing order to reduce the noticeable change of illumination between neighbor patches in the super-resolved image. In order to reduce the blocking effect, the average of the obtained SR image and the bicubic interpolated image was calculated. The new kernels for sampling have also been proposed. The kernels can improve the SR by resulting in a sharper image. In order to demonstrate the effectiveness of the proposed kernels, the techniques from [83] and [50] for resolution enhance¬ment were adopted. The super-resolved image was achieved by combining the HR images produced by each of the proposed kernels using the alpha blending tech-nique. The proposed techniques and kernels are compared with various conventional and state-of-the-art techniques, and the quantitative test results and visual results on the final image quality show the superiority of the proposed techniques and ker¬nels over conventional and state-of-art techniques Käesolevas doktoritöös uuriti nii riist- kui ka tarkvaralisi lahendusi piltide töötlemiseks. Riist¬varalise poole pealt pakuti lahenduseks uudset vedelläätse, milles on dielekt¬rilisest elastomeerist kihilise täituriga membraan otse optilisel teljel. Doktoritöö käigus arendati välja kaks prototüüpi kahe erineva dielektrilisest elastomeerist ki¬hilise täituriga, mille aktiivne ala oli ühel juhul 40 ja teisel 20 mm. Läätse töö vas¬tas elastomeeri deformatsiooni mehaanikale ja suhtelistele muutustele fookuskau¬guses. Muutuste demonstreerimiseks meniskis ja läätse fookuskauguse mõõtmiseks kasutati laserkiirt. Katseandmetest selgub, et muutuste tekitamiseks on vajalik pinge vahemikus 50 kuni 750 volti. Tarkvaralise poole pealt pakuti uut satelliitpiltide parandamise süsteemi. Paku¬tud süsteem jagas mürase sisendpildi DT-CWT laineteisenduse abil mitmeteks sagedusalamribadeks. Pärast müra eemaldamist LA-BSF funktsiooni abil suu¬rendati pildi resolutsiooni DWT-ga ja kõrgsagedusliku alamriba piltide interpo¬leerimisega. Interpoleerimise faktor algsele pildile oli pool sellest, mida kasutati kõrgsagedusliku alamriba piltide interpoleerimisel ning superresolutsiooniga pilt rekonst¬rueeriti IDWT abil. Käesolevas doktoritöös pakuti tarkvaraliseks lahenduseks uudset sõnastiku baasil töötavat super-resolutsiooni (SR) meetodit, milles luuakse paarid suure resolutsiooniga (HR) ja madala resolut-siooniga (LR) piltidest. Kõigepealt jagati vastava sõnastiku loomiseks HR ja LR paarid omakorda osadeks. Esialgse HR kujutise saamiseks LR sisendpildist kombineeriti HR osi. HR osad valiti sõnastikust nii, et neile vastavad LR osad oleksid võimalikult lähedased sisendiks olevale LR pil¬dile. Iga valitud HR osa heledust korrigeeriti, et vähendada kõrvuti asuvate osade heleduse erine¬vusi superresolutsiooniga pildil. Plokkide efekti vähendamiseks ar¬vutati saadud SR pildi keskmine ning bikuupinterpolatsiooni pilt. Lisaks pakuti käesolevas doktoritöös välja kernelid, mille tulemusel on võimalik saadud SR pilte teravamaks muuta. Pakutud kernelite tõhususe tõestamiseks kasutati [83] ja [50] poolt pakutud resolutsiooni parandamise meetodeid. Superreso¬lutsiooniga pilt saadi iga kerneli tehtud HR pildi kombineerimise teel alpha blen¬dingu meetodit kasutades. Pakutud meetodeid ja kerneleid võrreldi erinevate tavaliste ja kaasaegsete meetoditega. Kvantita-tiivsetest katseandmetest ja saadud piltide kvaliteedi visuaal¬sest hindamisest selgus, et pakutud meetodid on tavaliste kaasaegsete meetoditega võrreldes paremad. Väitekirja elektrooniline versioon ei sisalda publikatsioone

Knowing the quality of different waterbodies has been essential for human kind for thousands of years. There are two main European Union’s documents guiding the status assessment of water bodies: Water Framework Directive and Marine Strategy Framework Directive. Both of these documents state that all waterbodies in the European Union have to achieve “good” status by the year 2020. In order to fulfil this requirement, water bodies have to be monitored in regular bases. It is impossible to collect laboratory samples from every waterbody as it would be too expensive and would require many workers and still wouldn’t provide information about the spatial distribution of water quality parameters within each waterbody. Optical instruments can provide data fast and over larger areas and therefore have to be included in the monitoring programs. In addition to devices used at the in situ measurements are several satellite products that are available through Copernicus program for the coming decades. These products must, however, be constantly validated with in situ measurements. Additionally, new calculation methods have to be developed to improve the results precision. During this thesis, the variability of optical properties (like absorption and scattering) was assessed in the Baltic Sea. It was studied how much this variability influences the reflectance signal that reaches water remote sensing instruments. The performance of different set-ups and protocols of field spectrometers to collect reflectance data was assessed. The possibility to use near-infrared part of the spectrum in water remote sensing was investigated. In extreme absorbing lakes this is the only part of radiation providing us information about the water properties, but it proved to be useful also in other waterbodies. The performance of many remote sensing algorithms in retrieving water quality parameters in the Baltic Sea was tested. The possible applications for hand-held spectrometers were investigated. Veekogude kvaliteedi hindamine on inimkonnale oluline olnud juba tuhandeid aastaid ja viimastel aastakümnetel on rohkem tähelepanu hakatud pöörama ka veekogude ökoloogilisele seisundile. Euroopas on veekogude kvaliteedi hindamise aluseks kaks dokumenti: Euroopa Liidu Vee Raamdirektiiv ja Euroopa Liidu Merestrateegia Raamdirektiiv. Mõlemad dokumendid sätestavad, et aastaks 2020 tuleb Euroopa Liidu veekogudes saavutada „hea“ seisund. Nende eesmärkide täitmiseks tuleb regulaarselt veekogude seisundit seirata. Kuivõrd kõikidelt veekogudelt veeproovide võtmine ja laboris analüüsimine ei ole võimalik (liigne raha ja tööjõukulu) ning lisaks ei anna sellised proovid ülevaadet veekogu seisundi parameetrite ruumilise jaotuse kohta tuleb appi võtta optilised instrumendid. Lisaks välitöödel kasutatavale optikale on Copernicus programmi raames järgnevatel aastakümnetel kättesaadav ka mitu erinevat satelliiditulemit. Nende tulemite kasutamiseks peab aga pidevalt nende täpsust hindama ja leidma täpsemaid arvutusmeetmeid, mis sobiksid konkreetsete parameetrite hindamiseks. Töö käigus tõestati, et vee optilised omadused, nagu neeldumine ja hajumine, varieeruvad Läänemere rannikuosas rohkem, kui on variatsioon ranniku ja mere keskosa vahel. Lisaks absoluutväärtuste erinevusele tuvastati ka spektraalse kuju muutusi eri piirkondade vahel. Tõestati, et elektromagnetkiirguse lähisinfrapuna piirkonda saab rakendada veekogude seires (tavaliselt eeldatakse, et selles spektripiirkonnas on veest tulev signaal null) ja eriti on see kasulik ohtralt lahustunud orgaanikat sisaldavate järvede seires. Testiti ja pakuti välja sobivaid kaugseire algoritme Läänemere vee kvaliteedi parameetrite hindamiseks. Analüüsiti erinevate spektromeetrite tulemuste varieeruvust ja leiti, et mõõtmisprotokolli korrektsel jälgimisel on erinevate sensorite tulemused küll erinevad, ent seire teostamiseks piisavalt sarnased. Lõpetuseks uuriti, millised on erinevate käsispektromeetrite potentsiaalsed rakendused. Väitekirja elektrooniline versioon ei sisalda publikatsioone.