Even though several deep learning-based methods have been applied in the field of acoustic source localization, the previous works have only been conducted using the two-dimensional representation of the beamforming maps, particularly with the planar array system. While the acoustic sources are more required to be localized in a spherical microphone array system considering that we live and hear in the 3D world, the conventional 2D equirectangular map of the spherical beamforming map is highly vulnerable to the distortion that occurs when the 3D map is projected to the 2D space. In this study, a 3D deep learning approach is proposed to fulfill accurate source localization via distortion-free 3D representation. A target function is first proposed to obtain 3D source distribution maps that can represent multiple sources' positional and strength information. While the proposed target map expands the source localization task into a point-wise prediction task, a PointNet-based deep neural network is developed to precisely estimate the multiple sources' positions and strength information. While the proposed model's localization performance is evaluated, it is shown that the proposed method can achieve improved localization results from both quantitative and qualitative perspectives.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.38B
no.1
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pp.80-86
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2013
The 3-Dimensional(3D) localization system based on beacon expansion and coordinate-space disassembly for the design of the 3D localization system in indoor environment is proposed and the performance of the proposed system is analyzed in this paper. The localization ratio of the 3D localization system adapts the proposed algorithm is analyzed by the calculation of errors occurred in the coordinates that the mobile node locates. It is indicated that the average error distance of the 3D localization system adapts the proposed algorithm is less than that of the 3D localization system not adapts the proposed algorithm as 0.47m. The localization average distance error in 12 coordinates is indicated that the 1.5m case is less than 2.5m case as 0.38m by some experimentations under the condition that the distances between the ceiling and the mobile node are 1.5m and 2.5m measured from the ceiling respectively. It is seen that the 3D localization system based on beacon expansion and coordinate-space disassembly can improved the degradation of the quality of service that is caused by some conditions and performance differences in sensors.
Kwak, Kyungmin;Park, Daegil;Chung, Wan Kyun;Kim, Jinhyun
The Journal of Korea Robotics Society
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v.11
no.3
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pp.156-162
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2016
For the underwater localization, acoustic sensor systems are widely used due to greater penetration properties of acoustic signals in underwater environments. On the other hand, the good penetration property causes multipath and interference effects in structured environment too. To overcome this demerit, a localization method using the attenuation of electro-magnetic(EM) waves was proposed in several literatures, in which distance estimation and 2D-localization experiments show remarkable results. However, in 3D-localization application, the estimation difficulties increase due to the nonuniform (doughnut like) radiation pattern of an omni-directional antenna related to the depth direction. For solving this problem, we added a depth sensor for improving underwater 3D-localization with the EM wave method. A micro scale pressure sensor is located in the mobile node antenna, and the depth data from the pressure sensor is calibrated by the curve fitting algorithm. We adapted the depth(z) data to 3D EM wave pattern model for the error reduction of the localization. Finally, some experiments were executed for 3D localization with the fast calculation and less errors.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.13
no.1
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pp.206-221
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2019
Source localization in three-dimensional (3-D) wireless sensor networks (WSNs) is becoming a major research focus. Due to the complicated air-ground environments in 3-D positioning, many of the traditional localization methods, such as received signal strength (RSS) may have relatively poor accuracy performance. Benefit from prior learning mechanisms, fingerprinting-based localization methods are less sensitive to complex conditions and can provide relatively accurate localization performance. However, fingerprinting-based methods require training data at each grid point for constructing the fingerprint database, the overhead of which is very high, particularly for 3-D localization. Also, some of measured data may be unavailable due to the interference of a complicated environment. In this paper, we propose an efficient kernel based 3-D localization algorithm via tensor completion. We first exploit the spatial correlation of the RSS data and demonstrate the low rank property of the RSS data matrix. Based on this, a new training scheme is proposed that uses tensor completion to recover the missing data of the fingerprint database. Finally, we propose a kernel based learning technique in the matching phase to improve the sensitivity and accuracy in the final source position estimation. Simulation results show that our new method can effectively eliminate the impairment caused by incomplete sensing data to improve the localization performance.
Journal of information and communication convergence engineering
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v.10
no.4
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pp.349-358
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2012
Over a wireless sensor network (WSN), accurate localization of sensor nodes is an important factor in enhancing the association between location information and sensory data. There are many research works on the development of a localization algorithm over three-dimensional (3D) space. Recently, the complexity-reduced 3D trilateration localization approach (COLA), simplifying the 3D computational overhead to 2D trilateration, was proposed. The method provides proper accuracy of location, but it has a high computational cost. Considering practical applications over resource constrained devices, it is necessary to strike a balance between accuracy and computational cost. In this paper, we present a novel 3D localization method based on the received signal strength indicator (RSSI) values of four anchor nodes, which are deployed in the initial setup process. This method provides accurate location estimation results with a reduced computational cost and a smaller number of anchor nodes.
The Human Robot Interface (HRI) based on 3D depth sensor on the docent robot is developed and the localization algorithm based on extended Kalman Filter (EKFLA) are proposed through the capstone design by graduate students in this paper. In addition to this, the performance of the proposed EKFLA is also analyzed. The developed HRI system consists of the route generation and localization algorithm, the user behavior pattern awareness algorithm, the map data generation and building algorithm, the obstacle detection and avoidance algorithm on the robot control modules that control the entire behaviors of the robot. It is confirmed that the improvement ratio of the localization error in EKFLA on the scenarios 1-3 is increased compared with the localization algorithm based on Kalman Filter (KFLA) as 21.96%, 25.81% and 15.03%, respectively.
GPS provides the positioning solution in most areas of the world. However, the position error largely occurs in the urban area due to signal attenuation, signal blockage, and multipath. Although many studies have been carried out to solve this problem, a definite solution has not yet been proposed. Therefore, research is being conducted to solve the vehicle localization problem in the urban environment by converging sensors such as cameras and Light Detection and Ranging (LIDAR). In this paper, the precise vehicle localization using 3D LIDAR (Velodyne HDL-32E) is performed in the urban area. As there are many tall buildings in the urban area and the outer walls of urban buildings consist of planes generally perpendicular to the earth's surface, the outer wall of the building meets at a vertical corner and this vertical corner can be accurately extracted using 3D LIDAR. In this paper, we describe the vertical corner extraction method using 3D LIDAR and perform the precise localization by combining the extracted corner position and GPS/DR information. The driving test was carried out in an about 4.5 km-long section near Teheran-ro, Gangnam. The lateral and longitudinal RMS position errors were 0.146 m and 0.286 m, respectively and showed very accurate localization performance.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.12
no.1
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pp.61-80
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2018
Location information of individual nodes is important in the implementation of necessary network functions. While extensive studies focus on localization techniques in 2D space, few approaches have been proposed for 3D positioning, which brings the location closer to the reality with more complex calculation consumptions for high accuracy. In this paper, an effective range-free localization scheme is proposed for 3D space localization, and the sensitivity of parameters is evaluated. Firstly, we present an improved algorithm (MDV-Hop), that the average distance per hop of the anchor nodes is calculated by root-mean-square error (RMSE), and is dynamically corrected in groups with the weighted RMSE based on group hops. For more improvement in accuracy, we expand particle swarm optimization (PSO) of intelligent optimization algorithms to MDV-Hop localization algorithm, called PMDV-hop, in which the parameters (inertia weight and trust coefficient) in PSO are calculated dynamically. Secondly, the effect of various localization parameters affecting the PMDV-hop performance is also present. The simulation results show that PMDV-hop performs better in positioning accuracy with limited energy.
In this paper, we propose a new indoor localization method for indoor mobile robots using LiDAR. The indoor mobile robots operating in limited areas usually require high-precision localization to provide high level services. The performance of the widely used localization methods based on radio waves or computer vision are highly dependent on their usage environment. Therefore, the reproducibility of the localization is insufficient to provide high level services. To overcome this problem, we propose a new localization method based on the comparison between ceiling shape information obtained from LiDAR measurement and the blueprint. Specifically, the method includes a reliable segmentation method to classify point clouds into connected planes, an effective comparison method to estimate position by matching 3D point clouds and 2D blueprint information. Since the ceiling shape information is rarely changed, the proposed localization method is robust to its usage environment. Simulation results prove that the position error of the proposed localization method is less than 10 cm.
Journal of electromagnetic engineering and science
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v.16
no.4
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pp.254-258
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2016
In this paper, a brain phantom for evaluating brain stroke localization is proposed. To evaluate brain stroke localization, a phantom imitating three-dimensional (3D) simulation environment is needed. Mold for the proposed phantom was printed by a 3D printer and the interior of the phantom consists of 5 different brain tissue materials. Each of the brain tissue materials has the conductivity and permittivity similar to those of the International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection (ICNIRP) standards for a frequency band from 0.5 to 2 GHz.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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