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México Tec de Monterrey Instituto de Inv. Eléctricas Gustavo Arroyo, Pablo Ibargüengoytia, Eduardo Morales, L. Enrique Sucar Reunión Elvira, Albacete 2002

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MéxicoTec de Monterrey

Instituto de Inv. Eléctricas

Gustavo Arroyo,

Pablo Ibargüengoytia,

Eduardo Morales,

L. Enrique Sucar

Reunión Elvira, Albacete 2002

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Elvira 2002 L. E. SUCAR 2

• Visión– Endoscopía– Reconocimiento de ademanes

• Aplicaciones industriales– Validación de sensores– Diagnóstico

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Elvira 2002 L. E. SUCAR 3

A “general” BN model for Vision

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Elvira 2002 L. E. SUCAR 4

Endoscopía

• Endoscopy is a tool for direct observation of the human digestive system

• Recognize “objects” in endoscopy images of the colon for semi-automatic navigation

• Main feature – dark regions

• Main objects – “lumen” & “diverticula”

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Elvira 2002 L. E. SUCAR 5

Colon Image

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Elvira 2002 L. E. SUCAR 6

Segmentation – dark region

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Elvira 2002 L. E. SUCAR 7

RB para endoscopía (parcial)

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Elvira 2002 L. E. SUCAR 8

Combinación de conocimiento y datos

• Mejora:– Se parte de una estructura dada por un experto

(subjetiva) y se mejora con datos– Por ejemplo, verificando relaciones de

independencia y alterando la estructura:• Eliminar nodos• Combinar nodos• Insertar nodos

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Mejora Estructural

YX

Z

X

Z

XY

Z W

Z

YX

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Elvira 2002 L. E. SUCAR 10

Semi-automatic Endoscope

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Endoscopy navegation system

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Elvira 2002 L. E. SUCAR 12

Endoscopy navegation system

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Elvira 2002 L. E. SUCAR 13

Human activity recognition

• Recognize different human activities based on videos (walk, run, goodbye, attention, etc.)

• Consider the movement of several limbs (arms, legs)

• The movements can differ for different persons or even for the same person

• Several activities can be performed at the same time

• Consider continuos activities

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Attention

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Goodbye – Right - Attention

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Elvira 2002 L. E. SUCAR 16

Feature extraction

• The color marks (for each limb) are segmented, with its position in each frame

• The directions of movement (discretized in 8 direction) are obtained for each image pair

• A window is used to obtain each sequence of changes (6), which are the observations for the recognition model – a Bayesian network

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Segmentation

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Elvira 2002 L. E. SUCAR 18

Recognition network

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Elvira 2002 L. E. SUCAR 19

Gesture recognition

• Recognize 5 dynamic gestures with the right hand

• The gestures are for commanding a mobile robot

• Recognition based on HMM

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Elvira 2002 L. E. SUCAR 20

Come

attention

go-right

go-left

stop

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Feature Extraction

• Skin detection

• Face and hand segmentation

• Hand tracking

• Motion features

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Elvira 2002 L. E. SUCAR 22

Segmentation

Radial scan forskin pixel detection

Segmentation by groupingskin pixels in the scan lines

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Elvira 2002 L. E. SUCAR 23

TrackingLocate face and hand based on antropometric measures

Track the hand by using the radial scansegmentation in region of interest

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Elvira 2002 L. E. SUCAR 24

Features• From each image we obtain the features:

– change in X (X)– change in Y (Y)– change in area (A)– change in size ratio (R)

• Each one is codified in 3 values: (+, 0, -)

X1,Y,1X2,Y2

A1 A2

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Elvira 2002 L. E. SUCAR 25

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Elvira 2002 L. E. SUCAR 26

St St+1 St+2

DBN for gesture recognition

A

T T+1 T+2

SX,Y A SX,Y A SX,Y

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Elvira 2002 L. E. SUCAR 27

Training and Recognition

• The parameters (conditional probabilities) for the DBN are obtained from examples of each gesture using the EM algorithm (similar to Baum-Welch used in HMM)

• For recognition, the posterior probability of each model is obtained by probability propagation (forward)

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Elvira 2002 L. E. SUCAR 28

Preliminary Results• Correct recognition:

– come 100 %– attention 66.2 %– stop 68.26 %– go-right 99.25 %– go-left 100 %– average 86%

• Parameter reduction:– HMM: 81 per state– DBN: 15 per state

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Elvira 2002 L. E. SUCAR 29

Probabilistic - Logic Networks

• Logic Nodes - logic programs

• Probabilistic Nodes - Bayesian networks

W V

X Y

Z

Z:binary-

relation (X,Y)multi-valued -

relation(X,Y,Z)

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Elvira 2002 L. E. SUCAR 30

Inference• Probability of Z depends on values of X and

Y and if R is satisfied:

P(Z) = R(x,y) P(x) P(y)• Reasoning

– off-line: compute the CPT for all values of X and Y (discrete variables with few values) - deterministic node P(Z | X, Y)

– on-line: evaluate during propagation• discrete: compute summation for unknowns • continuos: sampling techniques

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Elvira 2002 L. E. SUCAR 31

Gesture Recognition

• Based on relations between the different parts of the arm (hand, elbow, shoulder)

• These relations are expressed as logic nodes in a dynamic logic-probabilisic network

• The model is used for gesture recognition via probability propagation

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Elvira 2002 L. E. SUCAR 32

Model

S

Xh Xe

Rhe

Xs

Res

S

Xh

Rhe

Xe Xs

Res

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Elvira 2002 L. E. SUCAR 33

Validación de sensores

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Elvira 2002 L. E. SUCAR 34

Detection network

dp: position demand fuel valve

pr: real fuel valve position

da: position demand IGVs

pa: real IGV position

ps: gas fuel pressure supply

fg: flow of gas

ga: flow of air

t: temperature

p: pressure

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Elvira 2002 L. E. SUCAR 35

Detection Algorithm:

For all nodes:• Instantiate all nodes except one of the nodes

(Ci)• Propagate probabilities and obtain a posterior

probability distribution of Ci

• Read real value of variable represented by Ci

• If P(real value) pvalue then return(ok) else return(faulty)

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Elvira 2002 L. E. SUCAR 36

Isolation Network Construction

• Markov blanket (MB): set of variables that makes a variable independent from the others

• EMB(n) = MB(n) + n• A faulty node affects only its EMB• Faults outside the EMB of a node do not affect the

value of the node• The isolation network relates real and apparent

faults: A real fault in a node causes apparent faults in all its EMB

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Elvira 2002 L. E. SUCAR 37

Isolation network

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Elvira 2002 L. E. SUCAR 38

Isolation Algorithm

• Instantiate the apparent fault node corresponding to Ci in the isolation network

• Propagate probabilities and obtain a posterior probability of all Real fault nodes

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Red Temporal

para Diagnóstico de Plantas Eléctricas

Red Temporal

para Diagnóstico de Plantas Eléctricas

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Subsistema de una Planta Eléctrica

DRUM

S U P E R H E A T E R S T E A M S Y S T E M

F E E D W A T E R S Y S T E M C O N D E N S E R S Y S T E M

W A T E R - S T E A MG E N E R A T O RS Y S T E M

S T E A M - T U R B I N E S Y S T E M

R E H E A T E RS T E A M S Y S T E M

F E E D A T E R P U M P

F E E D A T E R V A L V E

S P R A Y V A L V E P S T E A M V A L V E

T R U B I N E

S T F

S T T

D R PF

S W F

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Elvira 2002 L. E. SUCAR 41

Nodo Temporal

• Nodo que representa un “evento” o cambio de estado de una variable de estado

• Sus valores corresponden a diferentes intervalos de tiempo en que ocurre el cambio

• Ejemplo:– Nodo: incremento de nivel– Valores (3):

• Cambio 0 - 10• Cambio 10 - 50• No cambio

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Red bayesiana con nodos temporales

FWF

FWPF LI

SWVF

SWV

SWF

FWVF

FWV FWP STV

STF

DRL

DRP

STT

FWPFOccur 0.58¬Occur 0.42

LIOccur 0.88¬Occur 0.12

FWVFOccur 0.57¬Occur 0.43

SWVFOccur 0.18¬Occur 0.82

FWPtrue, [10-29] = 0.36true, [29-107] = 0.57false, [10-107] = 0.07

STVTrue, [0-18] = 0.69True, [18-29] = 0.20False, [0-29] = 0.11

STFTrue, [52-72] = 0.65True, [72-105] = 0.24False, [52-105] = 0.11

FWVTrue, [28-41] = 0.30True, [41-66] = 0.27False, [28-66] = 0.43

SWVTrue, [20-33] = 0.11True, [33-58] = 0.13False, [20-58] = 0.76

FWFTrue, [25-114] = 0.77True, [114-248] = 0.18False, [25-248] = 0.05

SWFTrue, [108-170] = 0.75True, [170-232] = 0.21False, [108-232] = 0.04

STTDecrement, [10-42] = 0.37Decrement, [42-100] = 0.14Decrement, [100-272] = 0.47False, [10-272] = 0.02

DRPTrue, [30-70] = 0.58True, [70-96] = 0.40False, [30-96] = 0.02

DRLIncrement, [10-27] = 0.49Increment, [27-135] = 0.09Decrement, [22-37] = 0.28Decrement [37-44] = 0.12False, [10-135] = 0.02

Variables

LI=Load increment

FWPF=FW pump failure

FWVF=FW valve failure

SWVF=SW valve failure

STV=Steam valve

FWP=FW pump

FWV=FW valve

SWV=SW valve

STF=Steam flow

FWF=FW flow

SWF=SW flow

DRL=Drum level

DRP=Drum pressure

STT=Steam temperature