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,
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,
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
JĘDRASIAK, Roman KOTERAS.
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
JĘDRASIAK, Roman KOTERAS.
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:
• Web of Science: 26
• Scopus: 28
• Google Scholar: 304
Indeks H:
• Web of Science: 4
• Scopus: 4
• Google Scholar: 12
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.
5. ICCVG 2012, Warszawa, Wrzesień 2012.
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.
11. ICCVG 2010, Warszawa, Wrzesień 2010.
12. ICCVG 2008, Warszawa, Wrzesień 2008.
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
Śląska,08.06.2012, wykonawca.
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
Śląska,06.06.2012, wykonawca.
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,
Katarzyna Śledzińska, Marek Lao, Ewa Witczak, Aleksander Nawrat, Damian
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,
Katarzyna Śledzińska, Marek Lao, Ewa Witczak, Aleksander Nawrat, Damian
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.
7. Lider Innowacji 2010 dla Instytut Automatyki, Wydział Automatyki, Elektroniki
i Informatyki Politechniki Śląskiej wspólnie z Wasko S.A. w Gliwicach za
rozwiązanie pt.: Projekt i implementacja innowacyjnego systemu bezpiecznej
radiowej komunikacji szerokopasmowej w oparciu o technologię WiMax,
Katowice, 24 kwietnia 2010.
8. Lider Innowacji 2011 dla Instytut Automatyki, Wydział Automatyki, Elektroniki
i Informatyki Politechniki Śląskiej wspólnie z Wasko S.A. w Gliwicach za
„Opracowanie systemu umożliwiającego sterowanie i monitorowanie
bezzałogowych obiektów latających, jeżdżących lub pływających, Katowice, 15-17
kwietnia 2011.
9. Lider Innowacji 2011 dla Instytut Automatyki, Wydział Automatyki, Elektroniki
i Informatyki Politechniki Śląskiej wspólnie z Wasko S.A. w Gliwicach za
„WAmax- pierwszą polską platformę w technologii WiMAX”, Katowice, 15-17
kwietnia 2011.
10. Lider Innowacji 2011 dla Instytut Automatyki, Wydział Automatyki, Elektroniki
i Informatyki Politechniki Śląskiej wspólnie z Wasko S.A. w Gliwicach za: „Wasko
Finger Vein authenatication platform”, Katowice, 15-17 kwietnia 2011.