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Wilmsdorff, Julian von; Kirchbuchner, Florian; Fu, Biying; Braun, Andreas; Kuijper, Arjan

An Exploratory Study on Electric Field Sensing

2017

Braun, Andreas (Ed.) et al.: Ambient Intelligence : 13th European Conference, AmI 2017. Springer, 2017. (Lecture Notes in Computer Science (LNCS) 10217), pp. 247-262

European Conference on Ambient Intelligence (AmI) <13, 2017, Malaga, Spain>

Electric fields are influenced by the human body and other conducting materials. Capacitive measurement techniques are used in touch-screens, in the automobile industry, and for presence and activity recognition in Ubiquitous Computing. However, a drawback of the capacitive technology is the energy consumption, which is an important aspect for mobile devices. In this paper we explore possible applications of electric field sensing, a purely passive capacitive measurement technique, which can be implemented with an extremely low power consumption. To cover a wide range of applications, we examine five possible use cases in more detail. The results show that the application is feasible both in interior spaces and outdoors. Moreover, due to the low energy consumption, mobile usage is also possible.

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Fu, Biying; Kirchbuchner, Florian; Wilmsdorff, Julian von; Große-Puppendahl, Tobias; Braun, Andreas; Kuijper, Arjan

Indoor Localization Based on Passive Electric Field Sensing

2017

Braun, Andreas (Ed.) et al.: Ambient Intelligence : 13th European Conference, AmI 2017. Springer, 2017. (Lecture Notes in Computer Science (LNCS) 10217), pp. 64-79

European Conference on Ambient Intelligence (AmI) <13, 2017, Malaga, Spain>

The ability to perform accurate indoor positioning opens a wide range of opportunities, including smart home applications and location-based services. Smart floors are a well-established technology to enable marker-free indoor localization within an instrumented environment. Typically, they are based on pressure sensors or varieties of capacitive sensing. These systems, however, are often hard to deploy as mechanical or electrical features are required below the surface. They might also have a limited range or not be compatible with different floor materials. In this paper, we present a novel indoor positioning system using an uncommon form of passive electric field sensing, which detects the change in body electric potential during movement. It is easy to install by deploying a grid of passive wires underneath any non-conductive floor surface. The proposed architecture achieves a high position accuracy and an excellent spatial resolution. In our evaluation, we measure a mean positioning error of only 12.7 cm. The proposed system also combines the advantages of very low power consumption, easy installation, easy maintenance, and the preservation of privacy.

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Kirchbuchner, Florian; Fu, Biying; Braun, Andreas; Wilmsdorff, Julian von

New Approaches for Localization and Activity Sensing in Smart Environments

2017

Wichert, Reiner (Ed.) et al.: Ambient Assisted Living : 9. AAL-Kongress 2016 Frankfurt/M. Springer International Publishing, 2017. (Advanced Technologies and Societal Change), pp. 73-84

Ambient Assisted Living (AAL) <9, 2016, Frankfurt, Germany>

Smart environments need to be able to fulfill the wishes of its occupants unobtrusively. To achieve this goal, it has to be guaranteed that the current state environment is perceived at all times. One of the most important aspects is to find the current position of the in- habitants and to perceive how they move in this environment. Numerous technologies enable such supervision. Particularly challenging are marker-free systems that are also privacy-preserving. In this paper, we present two such systems for localizing inhabitants in a Smart Environment using - electrical potential sensing and ultrasonic Doppler sensing. We present methods that infer location and track the user, based on the acquired sensor data. Finally, we discuss the advantages and challenges of these sensing technologies and provide an overview of future research directions.

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Braun, Andreas; Kirchbuchner, Florian; Wichert, Reiner

Ambient Assisted Living

2016

Fischer, Florian (Ed.) et al.: eHealth in Deutschland : Anforderungen und Potenziale innovativer Versorgungsstrukturen. Springer, 2016, pp. 203-222

Das Anwendungsfeld Ambient Assisted Living (AAL) beschreibt technische Systeme zur Unterstützung hilfsbedürftiger Personen im Alltag. In den vergangenen Jahren wurde in Deutschland und Europa viel in die Entwicklung und Erprobung von Technologien zur Unterstützung in der häuslichen Umgebung investiert, jedoch häufig ohne nachhaltige Effekte am Markt. Ein fehlender Aspekt war häufig die mangelnde Involvierung aller notwendigen Parteien. In diesem Kapitel werden die Potenziale assistiver Technologien beleuchtet, eine Studie zur Akzeptanz derartiger Technologien bei Senioren vorgestellt sowie ein Ausblick auf zukünftige Entwicklungen in diesem Bereich präsentiert.

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Kutlucan, Osman; Kuijper, Arjan (Betreuer); Kirchbuchner, Florian (Betreuer)

Barrierefreies Lagersystem zur Unterstützung von Menschen mit eingeschränkter visueller Wahrnehmungsfähigkeit

2016

Darmstadt, TU, Master Thesis, 2016

Im Mittelpunkt dieser Masterarbeit steht die Realisierung eines Lagersystems für Menschen mit eingeschränkter visueller Wahrnehmungsfähigkeit. Das in diesem Rahmen entwickelte Lagersystem verwendet Hand- und Gestenerkennung, Spracherkennung, Sprachsynthese und Sonifikation. Das Ziel des Systems ist es, sowohl eine pervasive Benutzerschnittstelle anzubieten, welche es blinden Benutzern ermöglicht, mit dem Lagerbereich auf eine natürliche Weise zu interagieren, und ein Lagersystem zu haben, welches mit geringem Aufwand konfiguriert werden kann. Daher werden in der Thesis in erster Linie verschiedene verwandte Ansätze und Konzepte betrachtet, woraufhin beschrieben wird, wie das vorgeschlagene Konzept der Thesis entwickelt wurde und warum dieses Konzept sich besser für blinde Benutzer eignet. Um dies zu analysieren, wird das vorgeschlagene System iterativ evaluiert. Im Rahmen der Evaluation wurden Verbesserungsvorschläge aufgenommen, und die Präzision und Effizienz der Implementierung gemessen. Die Ergebnisse der Evaluation dieser Thesis zeigen, dass das Konzept des vorgeschlagenen Systems angemessen ist und von blinden Benutzern gut aufgenommen wird, was z.B. durch einen Teilnehmer der Evaluation bei der Beurteilung eines Subworkflows des Systems mit folgenden Worten bestätigt wurde: "Die Interaktion fühlt sich so an, als wäre man nicht blind". Aber die Implementierung des Systems weist einige Probleme auf, welche sich vorwiegend in der Hand- und Gestenerkennung des Systems zeigen. Mit Behebung dieser Probleme könnte die User Experience einen höheren Grad erreichen, wodurch das System im alltäglichen Leben einsetzbar werden könnte.

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Kirchbuchner, Florian; Große-Puppendahl, Tobias; Hastall, Matthias R.; Distler, Martin; Kuijper, Arjan

Ambient Intelligence from Senior Citizens' Perspectives: Understanding Privacy Concerns, Technology Acceptance, and Expectations

2015

Ruyter, Boris de (Ed.) et al.: Ambient Intelligence : 12th European Conference, AmI 2015. Springer, 2015. (Lecture Notes in Computer Science (LNCS) 9425), pp. 48-59

European Conference on Ambient Intelligence (AmI) <12, 2015, Athens, Greece>

Especially for seniors, Ambient Intelligence can provide assistance in daily living and emergency situations, for example by automatically recognizing critical situations. The use of such systems may involve trade-offs with regard to privacy, social stigmatization, and changes of the well-known living environment. This raises the question of how older adults perceive restrictions of privacy, accept technology, and which requirements are placed on Ambient Intelligent systems. In order to better understand the related concerns and expectations, we surveyed 60 senior citizens. The results show that experience with Ambient Intelligence increases technology acceptance and reduces fears regarding privacy violations and insufficient system reliability. While participants generally tolerate a monitoring of activities in their home, including bathrooms, they do not accept commercial service providers as data recipients. A comparison between four exemplary systems shows that camera-based solutions are perceived with much greater fears than wearable emergency solutions. Burglary detection was rated as similarly important assigned as health features, whereas living comfort features were considered less useful.

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Pavlov, Alexander; Große-Puppendahl, Tobias (Betreuer); Kirchbuchner, Florian (Betreuer)

Erkennung von Aufstehsituationen mit multimodaler Sensorik

2015

Darmstadt, TU, Master Thesis, 2015

In dieser Arbeit wurde die Erkennung von sechs ausgewählten Aktivitäten mit dem multimodalen Bettsystem untersucht. Bei der multimodalen Sensorik handelt es sich um eine Kombination aus einem Elektropotentialsensor, einem kapazitiven Sensor, einem Passiv-Infrarot-Sensor und einem 3-Achsen-Beschleunigungssensor. Es wurde ein prototypisches System im Multimedia Appliances Lab am Fraunhofer IGD aufgebaut. Anschließend wurden Aufzeichnungen mit zehn Personen durchgeführt und die Trainings- und Testdaten für den Machine-Learning-Algorithmus gesammelt. Aus den aufgenommenen Daten wurden die Merkmale im Zeitbereich, im Zeit-Frequenzbereich und im Frequenzbereich extrahiert. Die beste Klassifikationsgenauigkeit des entwickelten Systems, abgeschätzt mit dem F-Maß, berechnet sich zu 0,999 und wurde bei der Aktivität "Epilepsie" beobachtet. Das über alle Aktivitäten gemittelte F-Maß ist zufriedenstellend und erreicht einen Wert von 0,870.

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Kirchbuchner, Florian; Kuijper, Arjan (Betreuer); Große-Puppendahl, Tobias (Betreuer)

User Tracking and Behavior Recognition Based on a Capacitive Indoor Localization System

2014

Darmstadt, TU, Master Thesis, 2014

This thesis focused on tracking and analyzing the behavior of elderly people by using in-home monitoring systems. The goal was to add a localization component to an existing system for fall detection as well as to assess the elderly's acceptance of such systems and the corresponding loss of privacy. Therefore, this thesis analyzed the demands on monitoring and technical assistance systems and discussed different models of acceptance measuring. Furthermore, existing approaches to user tracking and behavior analysis are examined. On this basis, an implementation of the tracking functionality, based on a capacitive sensor system, was proposed and evaluated. In addition, a survey among elderly people was conducted by the author and the results are presented in detail. The findings of this thesis showed that capacitive sensing in combination with particle filtering was suitable for user tracking. Moreover, the results of the study emphasized that senior citizens were indeed willing to accept a certain loss of privacy but distinguished between different services and systems. It was also shown that the capacitive system used for this study was received positively in comparison to other systems.