mgr inż. Karol Jędrasiak - autoreferat rozprawy doktorskiej

Politechnika Śląska

Wydział Automatyki, Elektroniki i Informatyki

Autoreferat rozprawy doktorskiej

Prototypowanie i wizualizacja autonomicznych obiektów

z wykorzystaniem sieciocentrycznego mikrosystemu cyfrowego

mgr inż. Karol Jędrasiak

Zakład Sterowania i Robotyki

Instytut Automatyki

Wydział Automatyki, Elektroniki i Informatyki

Politechnika Śląska

Promotor: dr hab. inż. Aleksander Nawrat, prof. nzw. w Pol. Śl.

Gliwice, 2015

Rozprawa związana jest z tematyką obiektów bezzałogowych, które są coraz częściej

wykorzystywane do przeprowadzania żmudnych lub niebezpiecznych dla człowieka zadań.

Obiekty bezzałogowe to pojazdy lub roboty, które nie wymagają załogi, a operator, który

nimi steruje znajduje się na zewnątrz obiektu. Zwiększenie zasięgu operacyjnego obiektu

bezzałogowego odbywa się przy zastosowaniu komunikacji bezprzewodowej w torze

sterowania. Realizacja zadań poza zasięgiem wzroku operatora wymaga zintegrowania

z obiektem bezzałogowym rozbudowanego zestawu czujników zależnego od rodzaju

wykonywanego zadania, np.: systemów wizyjnych, skanerów otoczenia, czujników ciśnienia,

czujników natężenia pola magnetycznego Ziemi, itp.

Operator mając na uwadze wykonanie postawionego zadania wykorzystując informacje

z czujników umieszczonych na jego pokładzie steruje elementami wykonawczymi obiektu

bezzałogowego. Zagadnienie podejmowania decyzji na podstawie interpretacji odczytów

z wielu czujników pod presją czasu i celu realizowanego zadania powszechnie uznaje się za

trudne. Z tego też względu, by ułatwić wykonywanie zadań operatorom obiektów

bezzałogowych, w wielu miejscach na świecie podejmuje się prace badawcze mające na celu

zastąpienie pewnych operacji człowieka specjalizowanym układem elektronicznym

wyposażonym w oprogramowanie realizujące określony algorytm sterowania.

Opracowanie algorytmów sterowania dla obiektów bezzałogowych rozpoczyna się od

opracowania modelu teoretycznego konstrukcji uwzględniającej czynniki istotne dla

sterowania, jak np. masa, rozmiar, typ napędu, liczba i rodzaj czujników oraz elementów

wykonawczych. Układy automatyki można opisywać i modelować na wiele sposobów.

Najbardziej popularna metoda polega na wykorzystaniu modeli matematycznych bazujących

na przestrzeni stanów, rozumianej jako minimalna liczba niezależnych zmiennych, które

w pełni charakteryzują zachowanie układu dynamicznego w danej chwili czasu i pozwalają

jednoznacznie przewidzieć zachowanie tego układu w przyszłości.

W ramach pracy założyłem, że istniejące układy automatyki są w stanie w sposób

wystarczający sprostać zadaniom obarczonym rygorem czasu. Natomiast zauważyłem, że

współcześnie istniejące układy automatyki w sposób niewystarczający radzą sobie

z rozwiązywaniem zadań, w których występuje konieczność podejmowania decyzji

w warunkach niepewności.

Tworzenie specjalizowanego układu elektronicznego wyposażonego w oprogramowanie

sterujące wymaga dokładnego przeanalizowania wymagań, opracowania odpowiedniej

architektury, stworzenia oprogramowania, testowania oprogramowania i całego systemu.

Każdy błąd, czy zlekceważenie pewnych wymagań we wstępnych fazach projektu może

wydłużyć czas trwania projektu, prowadzić do zwiększenia kosztów realizacji, czy też nawet

prowadzić do niepowodzenia całego przedsięwzięcia. Złe decyzje projektowe pociągają za

sobą często konieczność modyfikacji nie tylko oprogramowania, ale i sprzętu. Z tego też

powodu znaczący procent czasu rozwoju urządzenia przeznacza się na czynności związane

z jego testowaniem. Klasycznie, testy przeprowadza się z wykorzystaniem oprogramowania

symulacyjnego (SIL), stanowiska sprzętowego (HIL) lub ich kombinacji (MIX). Wymienione

metody stanowią sprawdzoną, powszechnie stosowaną metodykę testowania algorytmów

sterowania dedykowanych dla danego obiektu bezzałogowego.

Okazuje się jednak, że zastąpienie zmysłów operatora wymaga częstokroć wykorzystania

kosztownych czujników, których dane pomiarowe wymagają wykorzystania

skomplikowanych i złożonych obliczeniowo algorytmów. Założyłem w ramach pracy, że

dobór czujników do realizacji zadania przez człowieka jest często nadmiarowy i generuje

niepotrzebne koszty i problemy podczas procesu zastąpienia operatora programem

komputerowym z algorytmem sterowania. Wobec czego uzasadnionym jest poszukiwanie

metod ograniczenia kosztów obiektów bezzałogowych poprzez modyfikację ich sensorów

i elementów wykonawczych oraz powiązanych z nimi algorytmów sterowania.

Korzystając ze środowiska symulacyjnego istnieje możliwość zastąpienia modelu elementu

obiektu bezzałogowego innym, tzw. wirtualnym czujnikiem lub wirtualnym członem

wykonawczym. W ramach pracy zakłada się, że koncepcja zastosowania wirtualnych

czujników może stanowić rozwiązanie problemu kosztownej i częstokroć nadmiarowej

aparatury sensorycznej integrowanej z obiektami bezzałogowymi.

Wirtualne czujniki mogą być wykorzystywane nie tylko w celu eliminacji sensorów

nadmiarowych dla algorytmów sterowania. Mogą być również wykorzystane podczas

rozszerzania zbioru funkcjonalności obiektu bezzałogowego.

Jednymi z powszechnie integrowanych z obiektami bezzałogowymi czujników są kamery

działające w spektrum światła widzialnego lub podczerwieni. Strumień obrazów

rejestrowanych przez kamery jest przesyłany bezprzewodowo do operatora, a następnie

wyświetlany na ekranie mobilnej stacji bazowej służącej do kontroli obiektu bezzałogowego

przez operatora.

Jednoczesne sterowanie obiektem bezzałogowym oraz śledzenie wzrokiem na ekranie

mobilnej stacji bazowej jednego lub więcej obiektów zainteresowania jest powszechnie

uznawane za problem trudny dla człowieka, wymagający stałej koncentracji oraz

odpowiedniego przeszkolenia. Założyłem w ramach pracy, że operator będzie mógł oznaczyć

obiekt zainteresowania na ekranie wyświetlającym strumień obrazów odbierany z kamery

zamontowanej na pokładzie obiektu bezzałogowego. Postanowiłem opracować metodę

śledzenia, która mogłaby zostać wykorzystana jako wirtualny czujnik w układzie regulacji

bezzałogowego obiektu latającego. Dobranie wartości przekazywanych do elementów

wykonawczych obiektu bezzałogowego mogłoby być dokonane w sposób umożliwiający

obiektowi bezzałogowemu podążanie za wskazanym przez operatora obiektem

zainteresowania.

Praca doktorska podzieliłem na dwie główne części. Celem pierwszej części rozprawy było

opracowanie metodyki prototypowania algorytmów sterowania z wykorzystaniem

wirtualnych czujników i członów wykonawczych. Zaproponowana metodyka powstała

w wyniku zaobserwowania trudności podczas implementacji związanych z procesem

rozszerzenia zbioru funkcjonalności obiektów bezzałogowych. Opracowana w ramach pracy

metodyka zakłada przeprowadzenie czynności wstępnych, takich jak opracowanie modelu

matematycznego obiektu, sformułowanie celów sterowania. Czynności te uzupełniłem

o etapy definicji oraz integracji wirtualnych czujników oraz członów wykonawczych

z modelem obiektu bezzałogowego w środowisku symulacyjnym. Zaproponowana koncepcja

wspiera prowadzenie badań wstępnych, ustalenie możliwych wariantów rozwiązań

i uwzględnienie przyszłych konsekwencji wynikających z wybrania rozwiązania ostatecznego

zbioru czujników oraz elementów wykonawczych zamontowanych na pokładzie obiektu

bezzałogowego.

Opracowana metodyka została zweryfikowana w celu oceny jej przydatności oraz

identyfikacji obszarów, w których może zostać ona udoskonalona w przyszłości. Weryfikacja

zaproponowanej metodyki wymagała bym opracował i zaimplementował oprogramowanie

umożliwiające prototypowanie algorytmów sterowania z wykorzystaniem wirtualnych

czujników oraz członów wykonawczych. Praca opisuje opracowany oraz zaimplementowany

w ramach rozprawy system informatyczny umożliwiający wykorzystanie wirtualnych

czujników, wirtualnych członów wykonawczych oraz środowiska graficznego

umożliwiającego graficzną konstrukcję układów regulacji z wykorzystaniem wirtualnych

czujników oraz wirtualnych członów wykonawczych. Ponadto, zaimplementowałem zbiór

komponentów programowych oraz moduł umożliwiający integrację z wybranymi

środowiskami symulacyjnymi dzięki zastosowaniu standardu ogólnej architektury dla

rozproszonych systemów symulacyjnych HLA. Opisałem w ramach pracy proces

zintegrowania środowiska symulacyjne Prepar3D firmy Lockheed Martin ze stworzonym

oprogramowaniem. Stworzyłem w ten sposób system informatyczny do prototypowania

algorytmów sterowania z wykorzystaniem wirtualnych czujników oraz członów

wykonawczych. Następnie, przeprowadziłem testy użytkowe stworzonego systemu

informatycznego, które pozwoliły potwierdzić spełnienie sformułowanych przeze mnie

postulatów aplikacyjnych. Między innymi, system umożliwia prototypowanie algorytmów

sterowania z wykorzystaniem wirtualnych czujników oraz członów wykonawczych. Ponadto,

możliwe jest graficzne projektowanie algorytmów sterowania dla wybranych typów obiektów

bezzałogowych.

Podczas weryfikacji możliwości zrealizowanego systemu informatycznego wykorzystałem

dostępny miniaturowy bezzałogowy obiekt jeżdżący w postaci czterokołowego pojazdu

napędzanego silnikiem elektrycznym. System podejmowania decyzji obiektu bezzałogowego

był zdolny do samodzielnej nawigacji pomiędzy zadanymi przez operatora koordynatami

GPS. Zaproponowałem modyfikacji aparatury sensorycznej obiektu bezzałogowego w celu

umożliwienia rozszerzenia zbioru funkcjonalności obiektu bezzałogowego o autonomiczne

omijanie przeszkód występujących na trasie przejazdu. Korzystając ze zrealizowanego

systemu informatycznego zamodelowałem wirtualny czujnik w postaci linijkowego skanera

laserowego. W celu uzyskania przez obiekt bezzałogowy zdolności autonomicznego omijania

przeszkód wykorzystałem hybrydową strukturę systemów planujących i behawioralnych.

Pozytywne rezultaty uzyskane w ramach testów w zintegrowanym z zaproponowanym

systemem informatycznym środowisku symulacyjnym zostały następnie z powodzeniem

powtórzone podczas testów w warunkach rzeczywistych.

Drugi z wykorzystanych obiektów bezzałogowych w ramach weryfikacji możliwości

systemu informatycznego to obiekt typu latające skrzydło. W rozprawie zaproponowałem

rozszerzenie zbioru funkcjonalności obiektu bezzałogowego o umożliwienie lądowania na

płaskim terenie mimo różnicy wysokości pomiędzy poziomem startu i lądowania obiektu

bezzałogowego. Dotychczas manewr lądowania tego typu był utrudniony ze względu na

korzystanie z barometrycznego czujnika wysokości. Rozszerzyłem aparaturę sensoryczną

obiektu bezzałogowego o wirtualny czujnik w postaci laserowego dalmierza skierowanego

w kierunku podłoża. Korzystając ze zrealizowanego systemu informatycznego wraz ze

środowiskiem symulacyjnym Prepar3D opracowałem oraz zweryfikowałem modyfikację

algorytmu sterowania obiektu bezzałogowego.

Uzyskane pozytywne rezultaty w przypadku modyfikacji zbioru funkcjonalności obu

obiektów bezzałogowych pozwoliły na potwierdzenie tezy pracy: „Wykorzystanie

wirtualnych czujników oraz wirtualnych członów wykonawczych w prototypowaniu układów

sterowania pozwala na przyśpieszenie procesu syntezy układów regulacji dla obiektów

bezzałogowych”.

Drugim z celów pracy było opracowanie oraz analiza jakościowa i ilościowa metody

śledzenia wskazanych przez operatora obiektów zainteresowania w strumieniu obrazów

pozyskiwanym z kamer zamontowanych na pokładzie obiektu bezzałogowego. Szczególne

znaczenie mają w takim przypadku szybkość działania algorytmu, dokładność działania

algorytmu oraz jego względnie prosta implementacja i rozsądne zapotrzebowanie na zasoby

obliczeniowe. Bazując na przeprowadzonych analizach, znanych z literatury algorytmów

śledzenia obiektów zainteresowania uznawanych za zgodne z bieżącym stanem wiedzy,

opracowałem nową metodę śledzenia o nazwie SETh. Opracowany algorytm został

zaimplementowany w języku c++ w celu weryfikacji poprawności działania. Następnie

opracowałem projekt współbieżnej implementacji algorytmu stanowiącego podstawę

ostatecznej implementacji. Do tego celu wykorzystałem karty graficzne oraz technologię

NVIDIA CUDA.

Wykonana implementacja metody została poddana analizie jakościowej, ilościowej oraz

wydajnościowej. Przeprowadzenie testów jakościowych poprzedziłem implementacją

oprogramowania umożliwiającego realizację scenariuszy testowych, uwzględniających

kontrolowaną zmianę rozmiaru oraz orientacji obserwowanego obiektu zainteresowania

względem osi układu współrzędnych tego obiektu. Dane referencyjne zostały oznaczone

ręcznie przez ochotników. Rezultaty analizy jakościowej przedstawiłem na diagramach.

Zgromadzony i przedstawiony materiał faktograficzny upoważnił mnie do sformułowania

następującego wniosku: zaproponowana metoda jest odporna na zmianę skali obiektu

zainteresowania w zakresie od 0.5 do 2.0 oraz niewrażliwa na obrót wokół osi Z układu

wizualizacji. Uzyskane rezultaty porównałem z wynikami metod śledzenia uznawanymi za

metody zgodne z bieżącym stanem wiedzy. Zaproponowana metoda uzyskała porównywalne

wyniki do metod referencyjnych lub wyniki je przewyższające.

Przeprowadzona analiza ilościowa zaproponowanej metody rozpoczęta została od

opracowania zbioru scenariuszy testowych. Scenariusze testów ilościowych opracowałem

mając na celu umożliwienie weryfikacji poprawności śledzenia wskazanego przez operatora

obiektu zainteresowania w sekwencjach zarówno symulacyjnych, jak i rzeczywistych

zawierających zjawiska powszechnie uznawane za wyzwania dla algorytmów śledzenia.

Takimi wyzwaniami mogą być m.in. okluzja obiektu zainteresowania, rotacja obiektu

zainteresowania poza obrazem, deformacja obiektu zainteresowania, ruchome tło, a także

dynamiczna zmiana oświetlenia. Wszystkie sekwencje testowe zostały oznaczone przez

ochotników w celu określenia wyniku referencyjnego. Proces adnotacji ramek sekwencji

testowych został przeprowadzony z wykorzystaniem pomocniczego oprogramowania

zaimplementowanego w języku c#. Łącznie oznaczonych ręcznie zostało 25500 ramek

filmów. Wyniki badań które uzyskałem potwierdziły skuteczność zaproponowanej metody

SETh.

Przeanalizowałem metodę SETh pod kątem wydajności obliczeniowej oraz możliwości

zastosowania do przetwarzania strumieni wideo na bieżąco. Założyłem, iż liczba ramek

sekwencji wideo wyświetlanych na sekundę powyżej 21 jest wystarczająca by człowiek

wizualnie dostrzegł płynny ruch. Przyjąłem w ramach pracy ograniczenie 21 ramek na

sekundę, co wymusza maksymalny czas przetwarzania pojedynczej ramki na poziomie 47 ms.

Implementacja zaproponowanej metody SETh w języku c++ uzyskała rezultat 173,8 ms,

który uznałem za niezadowalający ze względu na prawie czterokrotne przekroczenie

zakładanego czasu przetwarzania. Z tego też względu zidentyfikowałem obszary możliwej

optymalizacji oraz możliwe do współbieżnej implementacji z wykorzystaniem kart

graficznych oraz technologii NVIDIA CUDA. Ostateczna implementacja metody SETh

podczas testów wydajnościowych uzyskała rezultat na średnim poziomie 15,87 ms (+/- 1 ms).

Zbiorcze zestawienie uzyskanych rezultatów analizy wydajnościowej przedstawiłem na

diagramie. Analiza którą przeprowadziłem wykazała, iż metoda SETh umożliwia

przetwarzanie w czasie zbliżonym do rzeczywistego. Jednocześnie wskazałem, iż możliwe

jest zrównoleglenie obliczeń z wykorzystaniem układów kart graficznych GPU w celu

skrócenia czasu obliczeń. W ramach pracy dowiodłem, iż zaproponowana metoda SETh może

również zostać zastosowana w przyszłości w systemach podejmowania decyzji

bezzałogowych obiektów latających dzięki możliwości zrównoleglenia elementów metody

z wykorzystaniem układów przetwarzania współbieżnego.

Uzyskane pozytywne rezultaty w testach z wykorzystaniem zarówno testowych sekwencji

symulacyjnych, jak i rzeczywistych pozwoliły na potwierdzenie drugiej tezy pracy:

„Zaproponowany algorytm śledzenia przez wykrycie z aktualizacją wzorca obiektu oraz tła

z wykorzystaniem maszyny wektorów podbierających (ang. Support Vector Machine),

nazwany SETh, umożliwia śledzenie ruchomych obiektów z poziomu obiektów bezzałogowych

klasy mini BSL”.

Przedstawioną w ramach pracy autorską metodę SETh porównałem z metodami

uznawanymi za referencyjne według bieżącego stanu wiedzy. Zaproponowana metoda

uzyskała porównywalne wyniki do metod referencyjnych lub wyniki je przewyższające, co

sugeruje możliwość jej praktycznego zastosowania. Rezultaty, które przedstawiłem w ramach

niniejszej dysertacji mają potencjał aplikacyjny jako elementy m.in. systemów lotniczego

mapowania terenu lub systemów rzeczywistości rozszerzonej.

Prace nad algorytmami śledzenia obiektów zainteresowania i opartymi na tych

algorytmach systemami prowadzone są aktualnie w wielu ośrodkach naukowych, jednakże do

tej pory nie osiągnięto w pełni zadowalających wyników w obliczu zjawisk m.in. okluzji,

rotacji obiektu zainteresowania poza obrazem, czy dynamicznej zmiany oświetlenia sceny.

Zadaniami, które nadal oczekują na rozwiązanie, są między innymi problem szybkiego obrotu

lub modyfikacji kształtu obiektu zainteresowania (np. na skutek otwarcia drzwi samochodu),

jak również dalszy rozwój i doskonalenie implementacji w celu skrócenia czasu

przetwarzania. Ponadto, planuje rozszerzenie funkcjonalności zaproponowanej metody

o śledzenie obszarów o niskim kontraście, dla których obecnie niemożliwe jest obliczenie

stabilnych obrazowych cech charakterystycznych.

Podsumowując, w niniejszej dysertacji w sposób zwięzły przedstawiłem nową metodykę

prototypowania algorytmów sterowania, którą następnie z powodzeniem zweryfikowałem

z wykorzystaniem różnego typu obiektów bezzałogowych oraz autorskiej metody śledzenia

SETh. Przedstawione w rozprawie wyniki mogą stanowić podstawę do prowadzenia dalszych

prac badawczych w tematyce algorytmów śledzenia obiektów zainteresowania

w strumieniach obrazów pozyskiwanych z systemów wizyjnych.

W pracy doktorskiej postawiłem i udowodniłem następujące tezy:

- „Wykorzystanie wirtualnych czujników oraz wirtualnych członów wykonawczych

w prototypowaniu układów sterowania pozwala na przyspieszenie procesu syntezy układów

regulacji dla obiektów bezzałogowych”.

- Zaproponowany algorytm śledzenia przez wykrycie z aktualizacją wzorca obiektu oraz tła

z wykorzystaniem maszyny wektorów podbierających, nazwany SETh, umożliwia śledzenie

ruchomych obiektów z poziomu obiektów bezzałogowych klasy mini BSL.

Jestem współautorem szeregu publikacji dotyczących przetwarzania obrazów cyfrowych.

W pracach tych zostały przedstawione wieloletnie badania dotyczące prac nad różnego typu

algorytmami przetwarzania obrazów cyfrowych. Prace te były związane zarówno z systemami

bezzałogowymi, jak również z rozbudową funkcjonalności klasycznych systemów

monitoringu. W moim obecnym dorobku znajdują się jedna publikacja z listy filadelfijskiej.

Jestem współautorem 40 rozdziałów w monografiach naukowych i materiałach

konferencyjnych, jednego zgłoszenia patentowego oraz sześciu praw ochrony na wzór

przemysłowy. Dodatkowo byłem wykonawcą w dziesięciu projektach badawczo

rozwojowych.

Dorobek naukowy

Artykuły publikowane w czasopismach z listy filadelfijskiej 1

1. Jędrasiak K., Daniec K., Nawrat A., Koteras R., Wykorzystanie kamer

termowizyjnych w systemach dozoru wizyjnego infrastruktury krytycznej sieci

dystrybucyjnej gazu (Application of thermovision camera in gas delivery stations),

Przegląd Elektrotechniczny (Electrical Review), ISSN 0033-2097, R. 88 NR

10a/2012, pp. 90-97, 2012, cytowano 5.

Rozdziały w monografiach 35

1. K. Jędrasiak, A. Nawrat, “Fast color recognition algorithm for robotics”, Problemy

Eksploatacji, Maintenance Problems (Quarterly), 3/2008 (70), ISSN 1232-9312,

Instytut Technologii Eksploatacji - PIB, pp.69-76, 2008,

2. Nawrat A., Jędrasiak K., SETh system spatio-temporal object tracking using combined

color and motion feature, Advanced robotics, control and advanced manufacturing

systems. Proceedings of the 9th WSEAS International Conference on Robotics,

Control and Manufacturing Technology (ROCOM'09), Hangzhou, China, May 20-22,

2009. Eds: S. Chen, Q. Li. [B.m.] : WSEAS Press, 2009, (ISSN1790-5117, ISBN 978-

960-474-078-9), pp. 67-72, 2009,

3. Nawrat A., Jędrasiak K., Image recognition technique for unmanned aerial vehicles,

Computer vision and graphics. ICCVG 2008. International conference, Warsaw,

Poland, November 10-12, 2008. Revised papers. Eds: Leonard Bolc, Juliusz L.

Kulikowski, Konrad Wojciechowski. Berlin : Springer, s. 391-399, bibliogr. 8 poz.

(Lecture Notes in Computer Science ; vol. 5337), 2009,

4. Josinski, H., Switonski, A., Jedrasiak, K., Polanski, A., Wojciechowski, K., Matlab

Based Interactive Simulation Program for 2D Multisegment Mechanical Systems,

Computer Vision and Graphics, Lecture Notes in Computer Science, vol. 6374, pp.

131-138, Springer-Verlag, 2010, ISBN: 978-3-642-15909-1,

5. Polanski, A., Switonski, A., Josinski, H., Jedrasiak, K., Wojciechowski, K.,

Estimation System for Forces and Torques in a Biped Motion, Computer Vision and

Graphics, Lecture Notes in Computer Science, vol. 6374, pp. 185-192, Springer-

Verlag, ISBN: 978-3-642-15909-1, 2010,

6. Switonski, A., Josinski, H., Jedrasiak, K., Polanski, A., Wojciechowski, K.,

Classification of Poses and Movement Phases, Computer Vision and Graphics,

Lecture Notes in Computer Science, vol. 6374, pp. 193-200, Springer-Verlag, 2010,

ISBN: 978-3-642-15909-1,

7. A. Świtoński, Ł. Janik, K. Jędrasiak, „Individual Features of the Skin Spectra”,

Lecture Notes in Engineering and Computer Science, Vol. 2193, Issue 1, pp. 147-151,

ISSN: 20780958, 2011.

8. K. Jędrasiak, Ł. Janik, A. Polański, K. Wojciechowski, „Vicon Motion Capture and

HD 1080 Standard Video Data Fusion Based On Minimized Reprojection Error”,

Image Processing and Communications Challenges 3, Advances in Intelligent and Soft

Computing, Vol. 102, pp. 209-216, ISBN 978-3-642-23153-7, 2011,.

9. Jędrasiak K., Bereska D., Nawrat A., Prototype of Gyro-Stabilized UAV Gimbal for

Day-Night Surveillance, Advanced Technologies for Intelligent Systems of National

Border Security, Ed. by A. Nawrat, K. Simek, A. Świerniak. Berlin : Springer, Studies

in Computational Intelligence ; vol. 440 1860-949X, ISBN 978-364-231-664-7, pp.

107-115, 2012,

10. Jędrasiak K., Nawrat A., Wydmańska K., SETh-Link The Distributed Management

System for Unmanned Mobile Vehicles, Advanced Technologies for Intelligent

Systems of National Border Security, Ed. by A. Nawrat, K. Simek, A. Świerniak.

Berlin : Springer, Studies in Computational Intelligence; vol. 440 1860-949X, ISBN

978-364-231-664-7, pp. 247-256, 2012,

11. Jędrasiak K., Nawrat A., The Comparison of Capabilities of Low Light Camera,

Thermal Imaging Camera and Depth Map Camera for Night Time Surveillance

Applications, Advanced Technologies for Intelligent Systems of National Border

Security, Ed. by A. Nawrat, K. Simek, A. Świerniak. Berlin : Springer, Studies in

Computational Intelligence ; vol. 440 1860-949X, ISBN 978-364-231-664-7, pp. 117-

128, 2012.

12. Nawrat A., Jędrasiak K., Daniec K., Koteras R., New Approach of Indoor and Outdoor

Localization systems Inertial Navigation Systems and its practical applications,

InTech., ISBN 978-953-51-0775-0, pp. 213-240, 2012,.

13. Jędrasiak K., Daniec K., Nawrat A., Method for concealed weapon detection using IR

and CMOS cameras, Automatyzacja procesów dyskretnych. Teoria i zastosowania. T.

2. Pod red. Andrzeja Świerniaka i Jolanty Krystek. Gliwice : Wydaw. Pracowni

Komputerowej Jacka Skalmierskiego, ISBN 978-83-62652-41-9, pp. 93-100, 2012.

14. Jędrasiak K., Nawrat A., Daniec K., Koteras R., Mikulski M., Grzejszczak T., A

Prototype Device for Concealed Weapon Detection Using IR and CMOS Cameras

Fast Image Fusion, Computer vision and graphics. ICCVG 2012. International

conference, Warsaw, Poland, September 24-26, 2012. Proceedings. Eds: Leonard

Bolc, Ryszard Tadeusiewicz, Leszek J. Chmielewski, Konrad Wojciechowski. Berlin :

Springer, 2012, s. 423-432, (Lecture Notes in Computer Science ; vol. 7594), ISBN

978-3-642-33563-1, 2012,.

15. Iwaneczko P., Jędrasiak K., Daniec K., Nawrat A., A Prototype of Unmanned Aerial

Vehicle for Image Acquisition, Computer vision and graphics. ICCVG 2012.

International conference, Warsaw, Poland, September 24-26, 2012. Proceedings. Eds:

Leonard Bolc, Ryszard Tadeusiewicz, Leszek J. Chmielewski, Konrad

Wojciechowski. Berlin : Springer, 2012, s. 87-94, (Lecture Notes in Computer Science

; vol. 7594), ISBN 978-3-642-33563-1, 2012, vol. 7594, ISBN 978-3-642-33563-1,

2012,

16. Josinski, H., Switonski, A., Jedrasiak, K., Kostrzewa, D., Human Identification Based

on Gait Motion Capture Data, Lecture Notes in Engineering and Computer Science,

vol. 1, pp. 507-510, Springer-Verlag, 2012,

17. Babiarz A., Bieda R., Jędrasiak K, Nawrat A., Machine Vision in Autonomous

Systems of Detection and Location of Objects in Digital Images, Vision Based

Systems for UAV Applications, Studies in Computational Intelligence Volume

481, pp. 3-26, ISBN: 978-3-319-00368-9 (Print) 978-3-319-00369-6 (Online), 2013,

http://link.springer.com/book/10.1007/978-3-319-00369-6


http://link.springer.com/bookseries/7092

18. Bieda R., Jaskot K., Jędrasiak K., Nawrat A., Recognition and Location of Objects in

the Visual Field of a UAV Vision System, Vision Based Systems for UAV

Applications, Studies in Computational Intelligence Volume 481, pp. 27-46, ISBN:

978-3-319-00368-9 (Print) 978-3-319-00369-6 (Online), 2013,.

19. Bereska D., Jędrasiak K., Nawrat A., Gyro-Stabilized Platform for Multispectral

Image Acquisition, Vision Based Systems for UAV Applications, Studies in

Computational Intelligence Volume 481, pp. 115-122, ISBN: 978-3-319-00368-9

(Print) 978-3-319-00369-6 (Online), 2013,

20. Janik, L., Jedrasiak, K., Wojciechowski K., Polanski, A., Application of a Hybrid

Algorithm for Non-humanoid Skeleton Model Estimation from Motion Capture Data,

Computer Vision and Graphics, Lecture Notes in Computer Science, vol. 7594, pp.

95-104, Springer-Verlag, ISBN: 978-3-642-33563-1, 2013,

21. Grzejszczak, T., Mikulski, M., Szkodny, T., Jedrasiak, K., Gesture Based Robot

Control, Computer Vision and Graphics, Lecture Notes in Computer Science, vol.

7594, pp. 407-413, ISBN: 978-3-642-33563-1, Springer-Verlag, 2013,

22. Jonak, K., Jedrasiak, K., Polanski, A., Puszynski, K., Application of Image Processing

Algorithms in Proteomics: Automatic Analysis of 2-D Gel Electrophoresis Images

from Western Blot Assay, Computer Vision and Graphics, Lecture Notes in Computer

Science, vol. 7594, pp. 433-440, ISBN: 978-3-642-33563-1, Springer-Verlag, 2013,

23. Fraś S., Jędrasiak K., Kwiatkowski J., Nawrat A., Sobel D., Omnidirectional Video

Acquisition Device (OVAD), Vision Based Systems for UAV Applications, Studies in

Computational Intelligence Volume 481, pp. 123-138, ISBN: 978-3-319-00368-9

(Print) 978-3-319-00369-6 (Online), 2013,

24. Demski, P., Grzejszczak, T., Jedrasiak, K., Mikulski, M., Automatic Targeting Sentry

Turret for Distributed Systems, Vision Based Systems for UAV Applications, ISBN:

978-3-319-00368-9, pp. 47-55, Springer-Verlag, 2013,

25. Bereska D., Daniec K., Fraś S., Jędrasiak K., Malinowski M., Nawrat A., System for

Multi-axial Mechanical Stabilization of Digital Camera, Vision Based Systems for

UAV Applications, Studies in Computational Intelligence Volume 481, pp. 177-190,

ISBN: 978-3-319-00368-9 (Print) 978-3-319-00369-6 (Online), 2013,

26. Daniec K., Iwaneczko P., Jędrasiak K., Nawrat A., Prototyping the Autonomous Flight

Algorithms Using the Prepar3D® Simulator, Vision Based Systems for UAV

Applications, Studies in Computational Intelligence Volume 481, pp. 219-232, ISBN:

978-3-319-00368-9 (Print) 978-3-319-00369-6 (Online), 2013,

27. Daniec K., Jędrasiak K., Koteras R., Nawrat A., Topór-Kamiński T., The Dedicated

Wireless Communication Device for Group of Unmanned Vehicles, Vision Based

Systems for UAV Applications, Studies in Computational Intelligence Volume

481, pp. 247-256, ISBN: 978-3-319-00368-9 (Print) 978-3-319-00369-6 (Online),

2013.

28. Jedrasiak K., Daniec K., Nawrat A., The Low Cost Micro Inertial Measurement Unit,

Proceedings of the 2013 IEEE 8th Conference on Industrial Electronics and

Applications, IEEE Conference on Industrial Electronics and Applications, pp. 403-

408, 2013,




http://link.springer.com/search?facet-author=%22Damian+Bereska%22

http://link.springer.com/search?facet-author=%22Karol+J%C4%99drasiak%22

http://link.springer.com/search?facet-author=%22Aleksander+Nawrat%22
















29. Daniec K., Jedrasiak, K., Koteras, R., Nawrat, A., Embedded Micro Inertial

Navigation System, Applied Mechanics and Materials, vol. 249-250, pp. 1234-1246,

2013,

30. Sobel D., Kwiatkowski J., Ryt A., Domzal M., Jedrasiak K., Janik L., Nawrat A.,

Range of Motion Measurements Using Motion Capture Data and Augmented Reality

Visualisation, Computer Vision and Graphics, Lecture Notes in Computer Science,

vol. 8671, pp. 594-601, ISBN (Print) 978-3-319-11330-2, ISBN (Online) 978-3-319-

11331-9, 2014,

31. Ryt A., Sobel D., Kwiatkowski J., Domzal M., Jedrasiak K., Nawrat A., Real-Time

Laser Point Tracking, Computer Vision and Graphics, Lecture Notes in Computer

Science, vol. 8671, pp. 542-551, ISBN (Print) 978-3-319-11330-2, ISBN (Online)

978-3-319-11331-9, 2014,

32. Jedrasiak K., Andrzejczak M., Nawrat A., SETh: The Method for Long-Term Object

Tracking, Computer Vision and Graphics, Lecture Notes in Computer Science, vol.

8671, pp. 302-315, ISBN (Print) 978-3-319-11330-2, ISBN (Online) 978-3-319-

11331-9, 2014.

33. Iwaneczko P., Jedrasiak K., Daniec K., Nawrat AM., Design and Implementation of

Mobile Ground Base Station for UGV, Innovative Control Systems for Tracked

Vehicle Platforms, vol. 2, pp. 57-71, ISBN (Print) 978-3-319-04623-5, ISBN (Online)

978-3-319-04624-2, 2014,

34. Sobel D., Jedrasiak K., Daniec K., Wrona J., Jurgaś P, Nawrat AM, Camera

Calibration for Tracked Vehicles Augmented Reality Applications, Innovative Control

Systems for Tracked Vehicle Platforms, vol. 2, pp. 147-162, ISBN (Print) 978-3-319-

04623-5, ISBN (Online) 978-3-319-04624-2, 2014,

35. Wochlik I, Bułka J., Folwarczny Ł., Daniec K., Jedrasiak K., Koteras R, Nawrat AM.,

Application of Telemedical Technologies in Remote Evaluation of Soldiers’ Vital

Signes during Training in Combat Conditions, pp. 189-202, ISBN (Print) 978-3-319-

04623-5, ISBN (Online) 978-3-319-04624-2, 2014.

Uwaga: wiele prac wykazanych w dalszej części jako publikowane referaty konferencji

międzynarodowych i krajowych wydanych zostało w materiałach z numerem ISBN

i w niektórych sprawozdaniach traktowane są jako rozdziały w książkach.

Artykuły publikowane w innych czasopismach 1

1. Nawrat A., Koteras R., Daniec K., Jędrasiak K., "Systemy sterowania autonomiczną

platformą gąsienicową APG", Nowa Technika Wojskowa,1/2012 (248), pp. 52-54,

ISSN 1230-1655, 2012.

Referaty publikowane w materiałach konferencji międzynarodowych 4

1. Czornik A., Daniec K., Jarczyk D., Jędrasiak K., Kasprzak D., Kostowski W., Koteras

R., Mendecka B., Nawrat A., Skorek J., Application of IR thermography for

evaluating the integrity of a natural gas delivery station, Proceedings of the 2012 13th

International Carpathian Control Conference, ICCC 2012, 28-31.05.2012, str. 515-

520, 2012, 2012.

2. D. Bereska, K. Jędrasiak, A. Nawrat, Stabilizowana żyroskopowa platforma nośna

przeznaczona do akwizycji obrazów wielospektralnych, Automatyzacja Procesów

Dyskretnych, Teoria i Zastosowania, Tom II, 9-16, ISBN 978-83-62652-41-9, 2012.

3. K. Jędrasiak, K. Daniec, A. Nawrat, Tresspassers detection for the surveillance

systems based on thermal imaging cameras, Automatyzacja Procesów Dyskretnych,

Teoria i zastosowania, Tom II, 83-92, ISBN 978-83-62652-41-9, 2012.

4. K. Jędrasiak, K. Daniec, A. Nawrat, Method for Concealed weapon detection using IR

and CMOS cameras, Automatyzacja Procesów Dyskretnych, Teoria i zastosowania

Tom II, 93-100, ISBN 978-83-62652-41-9, 2012.

Zgłoszenia patentowe 1

1. Moduł tekstroniczny i wyrób tekstroniczny z takim modułem, Zgłoszenie patentowe

nr P.409130 z dnia 07.08.2014 r. Zgłaszający Instytut Włókiennictwa, Łódź oraz

Politechnika Śląska, Gliwice. Autorzy: Małgorzata Cieślak, Katarzyna Śledzińska,

Marek Lao, Ewa Witczak, Aleksander Nawrat, Damian Bereska, Roman Koteras,

Karol Jędrasiak, Krzysztof Daniec

Prawo z rejestracji wzoru przemysłowego 6

1. Prawo z rejestracji nr 19139 wzoru przemysłowego pt. Miniaturowy moduł inercyjnej

jednostki pomiarowej zgłoszonego dn. 23.07.2012 Twórcy: Aleksander NAWRAT,

Damian BERESKA, Krzysztof DANIEC, Sławomir FRAŚ, Witold ILEWICZ, Karol

JĘDRASIAK, Roman KOTERAS.

2. Prawo z rejestracji nr 19272 wzoru przemysłowego pt. Obudowa konwertera USB-RS

TTL zgłoszonego dn. 23.07.2012 Twórcy: Aleksander NAWRAT, Damian

BERESKA. Krzysztof DANIEC, Sławomir FRAŚ, Karol JĘDRASIAK, Roman

KOTERAS.

3. Prawo z rejestracji nr 19273 wzoru przemysłowego pt. Enkoder magnetyczny

zgłoszonego dn. 23.07.2012 Twórcy: Aleksander NAWRAT, Damian BERESKA,

Krzysztof DANIEC, Sławomir FRAŚ, Karol JĘDRASIAK, Roman KOTERAS.

4. Prawo z rejestracji nr 19482 wzoru przemysłowego pt. "Moduł inercyjny jednostki

pomiarowej" zgłoszonego dn. 26.11.2012 Twórcy: Aleksander NAWRAT, Damian

BERESKA, Krzysztof DANIEC, Sławomir FRAŚ, Witold ILEWICZ, Karol


5. Prawo z rejestracji nr 19483 wzoru przemysłowego pt. "Zminiaturyzowane urządzenie

typu INS" zgłoszonego dn. 26.11.2012 Twórcy: Aleksander NAWRAT, Damian

BERESKA, Krzysztof DANIEC, Sławomir FRAŚ, Witold ILEWICZ, Karol


6. Prawo z rejestracji nr 19480 wzoru przemysłowego pt. "Sensor wizyjny

z oświetlaczem IR" zgłoszonego dn. 26.11.2012 Twórcy: Aleksander NAWRAT,

Damian BERESKA, Krzysztof DANIEC, Sławomir FRAŚ, Karol JĘDRASIAK,

Roman KOTERAS.

Publikacje w bazach, cytowania, indeksy

Liczba publikacji indeksowanych:

• Web of Science: 17

• Scopus: 17

• Google Scholar: 51

Liczba wszystkich cytowań:


• Scopus: 28


Indeks H:


• Scopus: 4


Udział w warsztatach, konferencjach oraz sympozjach 13

1. ICCVG 2014, Warszawa, Wrzesień 2014.

2. Nawrat Aleksander, Bereska Damian, Jędrasiak Karol, Koteras Roman, Daniec

Krzysztof, Iwaneczko Paweł, Fraś, Wojciechowski Konrad, Kostium do akwizycji

ruchu człowieka, IX Sympozjum "Analiza ruchu - teoria i praktyka

w zastosowaniach klinicznych", Warszawa, referat, 7 marca 2014.

3. The 8th IEEE Conference on Industrial Electronics and Applications, ICIEA 2013,

Melbourne, Czerwiec, 2013.

4. 5th International Conference On Scientific Aspects of Unmanned Mobile Object,

Wyższa Szkoła Oficerska Sił Powietrznych, Dęblin, Maj, 2013.


6. KKAPD 2012, Zakopane, 2012.

7. V Konferencja naukowo-przemysłowa „Badania naukowe w obszarze techniki

i technologii obronnych”, Warszawa, Marzec 2012.

8. Zaawansowane Technologie w Inteligentnych Systemach Zabezpieczenia Granic

Państwa, Ustroń, Listopad, 2011.

9. IPC 2011, Bydgoszcz, Wrzesień 2011.

10. Postęp technologiczny a bezpieczeństwo i obronność państwa, Ustroń, Listopad

2010.



13. AI-METH 2008 Workshop on Problems of Mobile Robotics, Ustroń, Październik

2008.

Udział w projektach badawczych 10

Projekty naukowe finansowane przez instytucje rządowe:

1. numer projektu: DOB-BIO6/11/90/2014 (nr Polsl: PBR/1/RAU1/2015), tytuł:

Wirtualny symulator działań ochronnych Biura Ochrony Rządu, miejsce realizacji:

Politechnika Śląska, charakter udziału: wykonawca.

2. numer projektu: 178438 (nr umowy: PBS1/A3/10/2012), tytuł: Kostium do

akwizycji ruchu człowieka oparty na sensorach IMU z oprogramowaniem

gromadzenia, wizualizacji oraz analizy danych, miejsce realizacji : Politechnika

Śląska, charakter udziału: wykonawca.

3. O-R00 0151 11, Projekt zaawansowanego demonstratora technologii bezpiecznego

systemu dostępu radiowego odpornego na zakłócenia i próby podsłuchu

przeznaczonego dla systemów administracji publicznej pracującego w oparciu

o standard IEEE 802.16, Politechnika Śląska,08.03.2012, wykonawca.

4. O-R00 0132 12, Projekt i implementacja innowacyjnych bezzałogowych platform

mobilnych na potrzebny monitorowania granic Państwa, Politechnika

Śląska,08.06.2012, wykonawca.

5. O-R00 0113 12, Projekt i wykonanie demonstratora technologii do bezpiecznej

identyfikacji, zapewnienia rozliczalności oraz monitorowania położenia

dokumentów papierowych jako elementów infrastruktury krytycznej

wykorzystywanych przez służby bezpieczeństwa państwa, Politechnika


6. O-R00 002111, Zastosowanie systemów nadzoru wizyjnego do identyfikacji

zachowań i osób oraz detekcji sytuacji niebezpiecznych przy pomocy technik

biometrycznych i inferencji postaci w 3D z wideo, Polsko Japońska Wyższa Szkoła

Technik Komputerowych, wykonawca.

7. O-R00 0112 12, Projekt i implementacja platformy perymetrycznego

monitorowania infrastruktury krytycznej sieci dystrybucyjnej gazu, Politechnika


8. 420/BO/A, Opracowanie technologii oraz uruchomienie produkcji urządzeń do

bezpiecznej transmisji danych, Politechnika Śląska,30.04.2012, wykonawca.

9. System wraz z biblioteką modułów dla zaawansowanej analizy z i interaktywnej

syntezy ruchu postaci ludzkiej, Projekt współfinansowany ze środków

Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach Programu

Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka 2007-2013, Działanie 1.3, Poddziałanie

1.3.1, wykonawca.

10. System informatyczny dla potrzeb optycznego obrazowania tkanek i wspomagania

diagnostyczno-prognostycznego w wybranych chorobach nowotworowych, Polsko

Japońska Wyższa Szkoła Technik Komputerowych, 2008, wykonawca.

Wewnętrzne projekty badawcze realizowane na Politechnice Śląskiej 2

1. numer projektu: BKM/233/RAU1/2012, zadanie nr 18, tytuł: Opracowanie

i implementacja algorytmów przetwarzania strumieni wideo pozyskiwanych

z kamer widzialnego oraz kamer termowizyjnych na potrzeby obiektów

bezzałogowych, miejsce realizacji: Politechnika Śląska, charakter udziału:

wykonawca.

2. numer projektu: BKM/514/RAU1/2013, zadanie nr 4, tytuł: Projekt i implementacja

rozproszonego systemu sterowania grupą obiektów bezzałogowych, miejsce

realizacji: Politechnika Śląska, charakter udziału: wykonawca.

Nagrody i Wyróżnienia 10

1. Dyplom nadany przez Minister Nauki i Szkolnictwa Wyższego za osiągnięcia

w roku 2014 na arenie międzynarodowej za „Tekstroniczny, modułowy system

pomiarowy”, XXII Giełda Wynalazków, Małgorzata Cieślak, Katarzyna

Śledzińska, Marek Lao, Ewa Witczak, Aleksander Nawrat, Damian Bereska,

Roman Koteras, Karol Jędrasiak, Krzysztof Daniec, 17 luty, Warszawa, Polska,

2015,

2. Srebrny Medal za „Textronic, modular measurement system”, Małgorzata Cieślak,

Katarzyna Śledzińska, Marek Lao, Ewa Witczak, Aleksander Nawrat, Damian

Bereska, Roman Koteras, Karol Jędrasiak, Krzysztof Daniec, The Belgian and

International Trade Fair for Technological Innovation, Brussels Eureka!, 15

listopad, Bruksela, Belgia, 2014,

3. Firi Diploma for the Best Invention, „Textronic, modular measurement system”,

Małgorzata Cieślak, Katarzyna Śledzińska, Marek Lao, Ewa Witczak, Aleksander

Nawrat, Damian Bereska, Roman Koteras, Karol Jędrasiak, Krzysztof Daniec,

International Trade Fair Ideas-Inventions-New Products, iENA 2014, 30

październik, Nuremberg, Niemcy, 2014,

4. Srebrny Medal za „Textronic, modular measurement system”, Małgorzata Cieślak,


Bereska, Roman Koteras, Karol Jędrasiak, Krzysztof Daniec, International Warsaw

Invention Show, IWIS 2014, 14-16 października, Warszawa, Polska, 2014,

5. Złoty Medal za „Textronic, modular measurement system”, Małgorzata Cieślak,


Bereska, Roman Koteras, Karol Jędrasiak, Krzysztof Daniec, Seoul International

Invention Fair 2014, SIIF 2014, 1 grudnia, Seoul, Korea, 2014.

6. Lider Innowacji 2010 dla Instytut Automatyki, Wydział Automatyki, Elektroniki

i Informatyki Politechniki Śląskiej wspólnie z Wasko S.A. w Gliwicach za

rozwiązanie.: Projekt i implementacja kompleksowego systemu bezpieczeństwa

identyfikacji, autoryzacji oraz ochrony zasobów teleinformatycznych i fizycznych

poprzez wykorzystanie zaawansowanych technik biometrycznych, Katowice, 24

kwietnia 2010.



rozwiązanie pt.: Projekt i implementacja innowacyjnego systemu bezpiecznej

radiowej komunikacji szerokopasmowej w oparciu o technologię WiMax,

Katowice, 24 kwietnia 2010.



„Opracowanie systemu umożliwiającego sterowanie i monitorowanie

bezzałogowych obiektów latających, jeżdżących lub pływających, Katowice, 15-17

kwietnia 2011.



„WAmax- pierwszą polską platformę w technologii WiMAX”, Katowice, 15-17

kwietnia 2011.


i Informatyki Politechniki Śląskiej wspólnie z Wasko S.A. w Gliwicach za: „Wasko

Finger Vein authenatication platform”, Katowice, 15-17 kwietnia 2011.

mgr inż. Karol Jędrasiak - autoreferat rozprawy doktorskiej

Documents

Transcript of mgr inż. Karol Jędrasiak - autoreferat rozprawy doktorskiej