The industrial world is in constant demand for faster, cheaper and higher quality manufacturing. Robot utilisation and automation has evolved to become a necessary asset to master in order to stay competitive in the global market. With the growing dependency on robots, unexpected downtime and brakedowns can cause devastating loss of revenue. Consequently, this has lead to an increased importance for an accurate condition based way of performing robotic maintenance. As of writing, robots are predominantly maintained through time dependent maintenance. Part replacement is based on statistical models where maintenance is performed without taking the actual robot condition into consideration. As a result an overall level of uncertainty is ensued, where lacking the ability to properly diagnose the robot, also leads to superfluous repairs. Because of the costly impact this has on production, a condition based maintenance approach to robots would yield increased reliability at a lower cost of maintenance. This research focuses on trying to monitor vibrations in a robot, so as to infer about wear and to provide a first step in vibration based Robot Condition Monitoring. This research has been of multidisciplinary nature where robotics, tribology, mechanical component, signal analysis and diagnosis theory have overlapped in several areas throughout the project. The research has provided a vibration baseline and trends of the theoretical bearing defect frequencies for a hypocycloid gearbox installed on an ABB IRB6600 robot. The gearbox was not worn to a level that a severe gearbox degradation was irrefutably detectable and analysable. Accelerometers normally used on wind turbines were used for the project, and are believed to be sufficiently successful in capturing bearing related signals to accredit it for continued use at the preliminary stages of Robot Condition Monitoring development. A worn RV410F hypocycloid gearbox, was dismantled and analysed. Bearings found inside indicate high degrees of moisture corrosion and extensive surface wear. These findings had decisive roles in what future work recommendations where presented. Areas with great potential are condition monitoring through the use of Acoustic Emission and lubrication analysis. Further recommendations include investigating signal analysis techniques such as cepstrum pre-whitening and discrete wavelet transforms.

In spreads pectrum (SS)watermarking of audio signals, since the watermark acts as an additive noise to the host audio signal, the most important challenge is to maintain perceptual transparency. Human perception is a very sensitive apparatus, yet can be exploited to hide some information, reliably. SS watermark embedding has been proposed, in which psycho-acoustically shaped pseudo-random sequences are embedded directly into the time domain audio signal. However, these watermarking schemes use informed detection, in which the original signal is assumed available to the watermark detector. Blind detection of psycho-acoustically shaped SS watermarking is not well addressed in the literature. The problem is still interesting, because, blind detection is more practical for audio signals and, psycho-acoustically shaped watermarks embedding offers the maximum possible watermark energy under requirements of perceptual transparency. In this thesis we study the blind detection of psycho-acoustically shaped SS watermarks in time domain audio signals. We focus on a class of watermark sequences known as random phase watermarks, where the watermark magnitude spectrum is defined by the perceptual criteria and the randomness of the sequence lies in their phase spectrum. Blind watermark detectors, which do not have access to the original host signal, may seem handicapped, because an approximate watermark has to be re-derived from the watermarked signal. Since the comparison of blind detection with fully informed detection is unfair, a hypothetical detection scheme, denoted as semi-blind detection, is used as a reference benchmark. In semi-blind detection, the host signal as such is not available for detection, but it is assumed that sufficient information is available for deriving the exact watermark, which could be embedded in the given signal. Some reduction in performance is anticipated in blind detection over the semi-blind detection. Our experiments revealed that the statistical performance of the blind detector is better than that of the semi-blind detector. We analyze the watermark-to-host correlation (WHC) of random phase watermarks, and the results indicate that WHC is higher when a legitimate watermark is present in the audio signal, which leads to better detection performance. Based on these findings, we attempt to harness this increased correlation in order to further improve the performance. The analysis shows that uniformly distributed phase difference (between the host signal and the watermark) provides maximum advantage. This property is verified through experimentation over a variety of audio signals. In the second part, the correlated nature of audio signals is identified as a potential threat to reliable blind watermark detection, and audio pre-whitening methods are suggested as a possible remedy. A direct deterministic whitening (DDW) scheme is derived, from the frequency domain analysis of the time domain correlation process. Our experimental studies reveal that, the Savitzky-Golay Whitening (SGW), which is otherwise inferior to DDW technique, performs better when the audio signal is predominantly low pass. The novelty of this work lies in exploiting the complementary nature of the two whitening techniques and combining them to obtain a hybrid whitening (HbW) scheme. In the hybrid scheme the DDW and SGW techniques are selectively applied, based on short time spectral characteristics of the audio signal. The hybrid scheme extends the reliability of watermark detection to a wider range of audio signals. We also discuss enhancements to the HbW technique for robustness to temporal offsets and filtering. Robustness of SS watermark blind detection, with hybrid whitening, is determined through a set of experiments and the results are presented. It is seen that the watermarking scheme is robust to common signal processing operations such as additive noise, filtering, lossy compression, etc.

Η αντιστοίχιση εικόνων έχει σαν σκοπό την εύρεση γεωμετρικών και άλλων διαφορών ανάμεσα σε δύο ή περισσότερες εικόνες. Η ψηφιακή υδατογράφηση εικόνων προσφέρει κατοχύρωση των πνευματικών δικαιωμάτων, εισάγοντας στις εικόνες ένα αδιόρατο σήμα, ένα υδατογράφημα, με τέτοιο τρόπο ώστε να είναι δύσκολο να αφαιρεθεί. Η αντιστοίχιση μπορεί να αποτελέσει τμήμα της ψηφιακής υδατογράφησης, στη φάση της ανίχνευσης του υδατογραφήματος. Επιπλέον, για την ανίχνευση του υδατογραφήματος χρησιμοποιούνται παρόμοιες ή και ίδιες μετρικές ομοιότητας με αυτές που χρησιμοποιούνται στην αντιστοίχιση. Έτσι, οποιαδήποτε βελτίωση αφορά την αντιστοίχιση ή τις μετρικές ομοιότητας μπορεί να έχει θετικές επιδράσεις και στην ψηφιακή υδατογράφηση. Η έρευνα που έγινε στα πλαίσια της διδακτορικής διατριβής σε σχέση με το πρόβλημα της αντιστοίχισης αφορά τη συσχέτιση των εικόνων στο χωρικό πεδίο, η οποία έχει το εξής μειονέκτημα: η περιοχή γύρω από τη μέγιστη τιμή της μπορεί να έχει μεγάλο εύρος και να επηρεάζει την ακρίβεια της αντιστοίχισης. Για την αντιμετώπιση αυτού του προβλήματος, προτείνεται μια διαδικασία προ-λεύκανσης των εικόνων, βασισμένη στο φίλτρο σφάλματος πρόβλεψης. Επίσης, αναπτύσσεται ένας επαναληπτικός αλγόριθμος αντιστοίχισης για μετατοπίσεις και περιστροφές, ο οποίος εφαρμόζεται σε ακολουθίες ιατρικών εικόνων με σκοπό τη διάγνωση δυσπλασιών και κακοηθειών. Ένα δεύτερο μειονέκτημα της χωρικής συσχέτισης είναι το μεγάλο υπολογιστικό της κόστος. Στη διδακτορική διατριβή προτείνεται ένα γρήγορο σχήμα υπολογισμού της, το οποίο βασίζεται σε κατάλληλη τμηματοποίηση της εικόνας και στη χρήση του μετασχηματισμού Fourier. Επίσης, το πιο απαιτητικό κομμάτι της διαδικασίας αντιστοίχισης είναι ο υπολογισμός της χρησιμοποιούμενης μετρικής σαν συνάρτηση της σχετικής θέσης των εικόνων. Έτσι, αναπτύσσεται ένας αποδοτικός επαναληπτικός αλγόριθμος, ο οποίος μειώνει σημαντικά τις αναζητήσεις που απαιτούνται για την εύρεση του μεγίστου του συντελεστή συσχέτισης και παρέχει ακρίβεια εικονοστοιχείου. Τέλος, προτείνεται μια τεχνική η οποία παρέχει ακρίβεια υποδιαίρεσης εικονοστοιχείου και βασίζεται στη μεγιστοποίηση του συντελεστή συσχέτισης. Η τεχνική αυτή δεν απαιτεί ανακατασκευή των τιμών της έντασης και παρέχει μια λύση κλειστού τύπου για την εκτίμηση της μετατόπισης. Όσο αφορά το πρόβλημα της υδατογράφησης, η έρευνα που έγινε στα πλαίσια της διδακτορικής διατριβής στοχεύει στην ένθεση ισχυρών υδατογραφημάτων στο χωρικό πεδίο και στη βελτίωση της ανίχνευσής τους. Καταρχήν, προτείνεται μια χωρική αντιληπτική μάσκα, η οποία βασίζεται στην τοπική διασπορά του σφάλματος πρόβλεψης της αρχικής εικόνας. Παράλληλα, αναπτύσσεται ένα «τυφλό» σύστημα ανίχνευσης και η βελτιωμένη απόδοσή του σε σχέση με υπάρχοντες ανιχνευτές αποδεικνύεται θεωρητικά για τη γενική περίπτωση επίθεσης με γραμμικό φίλτρο και θόρυβο. Στη συνέχεια, παράγεται μια νέα χωρική μάσκα η οποία επιτρέπει την ένθεση υδατογραφημάτων με εξαιρετικά μεγάλη ενέργεια, διατηρώντας ταυτόχρονα την ποιότητα της εικόνας σε πολύ καλό επίπεδο. Η απόδοσή της συγκρίνεται με πολύ γνωστές και ευρέως χρησιμοποιούμενες μάσκες και αποδεικνύεται σημαντικά καλύτερη. Επίσης, αναπτύσσεται ένα βελτιωμένο σχήμα ανίχνευσης, το οποίο σε συνδυασμό με την προτεινόμενη μάσκα έχει πολύ καλή απόδοση. Τέλος, προτείνεται μια μέθοδος εισαγωγής υδατογραφήματος στην εικόνα με πολλαπλασιαστικό τρόπο, χρησιμοποιώντας χωρο-χρονική κωδικοποίηση μπλοκ και ειδικότερα μια 4x4 πραγματική, ορθογώνια διάταξη συμβόλων. Το σχήμα αυτό αποδεικνύεται να έχει πολύ καλύτερη απόδοση σε σχέση με την επαναληπτική υδατογράφηση. / Image registration aims at finding geometrical or other differences between two or more images. Image watermarking offers copyright protection by embedding in the images an invisible signal, a watermark, in such a way that it is difficult to be removed. Image registration can be part of a watermark detector. Moreover, similar (or the same) similarity measures are used for both image registration and watermark detection. Thus, any improvement concerning the image registration or the similarity measures can have positive effects on image watermarking, too. Our research concerning the image registration problem deals with the spatial cross-correlation, which has the following drawback: the region around its maximum value can be rather wide, affecting the registration accuracy. This problem can be solved, by properly pre-whitening the images with the prediction error filter. Furthermore, an iterative algorithm is proposed for registering images with translation and rotation differences, which is then applied in sequences of medical images for cancer diagnosis. A second disadvantage of the spatial correlation is its computational cost. A fast computation scheme is proposed, based on a proper partitioning of the images and the Fourier transform. Also, the most computationally intensive part of a registration process is the evaluation of the involved measure for different relative image positions. Thus, an efficient iterative algorithm is developed that considerably reduces the number of searches required for finding the correlation coefficient maximum value and provides pixel accuracy. Finally, an image registration technique with subpixel accuracy is proposed, which is based on the correlation coefficient maximization. This technique does not require the reconstruction of the intensity values and provides a closed form solution to the subpixel translation estimation problem. As far as the problem of image watermarking is concerned, our research aims at embedding robust watermarks in spatial domain and improving their detection. First, a spatial perceptual mask is proposed, based on the local variance of the initial image prediction error. A blind detector is also developed, which performs better than the existing ones. This is theoretically proved for the general attack case with linear filter and noise. Furthermore, a new spatial perceptual mask is proposed that allows for a significantly increased strength of the watermark, while at the same time the image quality remains very good. Its performance is compared to known and widely used masks and is proved to be much better. Moreover, an improved detector is developed, which, combined with the new mask, performs very well. Finally, a new multiplicative watermark embedding is proposed, which uses space-time block coding (specifically a 4x4 real orthogonal design). This scheme is proved to perform much better than the repetitive watermarking.