A system capable of adjusting a computer vision system to unpredictable ambient lighting has been designed and attached to a silhouette robot vision system. Its principle of operation is based on the generation and analysis of the distribution of light in one T.V. frame. Designed to be used in robot vision applications, high speed processing of data is achieved in the system to generate a histogram of grey levels in one frame time. An addressable RAM technique for this purpose is explained. The system obtains two threshold values from the histogram of grey levels and places them into a threshold logic unit. A silhouette from a grey level picture is obtained as the result of the process. Adaptability of the system is performed by using different integration times in the read out of the visual transducer. The implementation of the system is based on a video rate histogram generator, a sensitivity control unit, a DMA circuit, an 86/12A microcomputer and a solid state T.V. camera. A graphics printer is used to print out results and a CRT terminal to communicate with the microcomputer. The custom hardware and software implementations for the system are depicted in detail. / Thesis / Master of Engineering (ME)

Over the past few years, the use of LEDs within the automotive and avionic industries has increased due to their high efficiency, durability and wide range of light brightness. As the use of LEDs within these industries grows, a need for reliable, high performance drivers becomes more relevant. Companies are implementing LEDs for applications involving adaptive lighting or simple dimming features. This thesis shows implementation of various non-isolated analog converters integrated with digital dimmers to achieve these adaptive lighting systems. Adaptive lighting systems involve reading an input from an external source (brake pedal or steering wheel) and changing the brightness and/or pattern of the brake/headlights to convey more information to the driver and their surroundings. The analog converters will implement Linear Technology’s LED driver IC’s, while the digital dimmers comprise of microcontrollers and discrete components. The design, simulation, and hardware verification will showcase the abilities of these analog converters. Results will demonstrate the proposed applications for both adaptive front and brake lighting.

Abstract This thesis explores the design and experience of adaptive lighting. In this research, adaptive lighting is understood as a wide concept referring to lighting which adapts to information about the environment and its users or to other information relevant to intended lighting behaviour. Adaptive lighting is approached as an element of architecture and urban space, which has an influence on the human environmental experience at various levels. The research can be defined as architectural design-based research as well as transdisciplinary research. This research explores design practice by analysing the design processes of three case studies through the research-by-design method. The essential design phases, design tasks and design methods are recognized and presented. In addition, the experiences of adaptive lighting are explored with the help of empirical qualitative research material, which is gained through evaluation of the case studies. The methods used in evaluation include in situ walking interviews and evaluation probes. In the case projects situated in urban environments and in a retail space, different forms of lighting adaptation, interaction and participation were studied. The design process of adaptive lighting can be theorized, based on the three case studies, as a three-phase process consisting of several subtasks. The design process is guided by several design factors. In the design process, cooperation with experts of interaction and system design is beneficial. The users’ experience of adaptive lighting environments is complex and multifaceted. The experiences emerge in each environment as context-related interpretations or manifestations of the general experiential aspects. Finally, adaptive lighting is conceptualized in the thesis as a holistic design task by formulating a framework for pragmatic-experiential and context-oriented design of adaptive lighting. This defines adaptive lighting as a design task from the perspectives of multifaceted users’ experience and pragmatic constraints of design practice. Future design processes should acknowledge the complexity of the design task. Then adaptive lighting can offer, besides energy savings, added value for illuminated environments on many levels of experience. The main significance of this study is to help both designers and clients to understand the diversity of the new design task, and to help to approach it from human-oriented perspective—from the perspective of inhabitants of the environments. / Tiivistelmä Tämä väitöskirja tutkii mukautuvan valaistuksen suunnittelua ja kokemusta. Työssä mukautuva valaistus ymmärretään laajana käsitteenä viitaten valaistukseen, joka mukautuu ympäristöstä ja sen käyttäjistä saatavaan tietoon tai johonkin muuhun valaistuksen tavoitellun toiminnan kannalta merkitykselliseen tietoon. Mukautuvaa valaistusta lähestytään arkkitehtuurin ja kaupunkitilan elementtinä, joka vaikuttaa ihmisen kokemukseen ympäristöstään usealla eri tasolla. Tutkimus on luonteeltaan arkkitehtuurin suunnittelulähtöistä tutkimusta ja poikkitieteellistä tutkimusta. Se valottaa suunnittelun praktiikkaa analysoimalla research-by-design-menetelmällä kolmen tapaustutkimuksen suunnitteluprosesseja. Olennaiset suunnitteluvaiheet, -tehtävät ja -menetelmät tunnistetaan ja esitellään. Lisäksi kokemuksia mukautuvasta valaistuksesta tarkastellaan analysoimalla empiiristä, laadullista tutkimusaineistoa, joka on syntynyt tapaustutkimuksia evaluoimalla. Evaluointimenetelminä ovat olleet puolistrukturoitu haastattelu, paikanpäällä tehtävä kävelyhaastattelu ja evaluointiluotain. Tapaustutkimusprojekteissa, jotka sijoittuivat kaupunkiympäristöihin ja liiketiloihin, tutkittiin erilaisia valaistuksen mukautumisen sekä valon kanssa vuorovaikuttamisen ja osallistumisen muotoja. Mukautuvan valaistuksen suunnitteluprosessia voidaan kolmeen tapaustutkimukseen perustuen teoretisoida kolmivaiheisena prosessina, joka sisältää useita alatehtäviä. Suunnitteluprosessia ohjaavat useat suunnittelutekijät. Monialainen yhteistyö suunnitteluprosessin aikana on hyödyllistä. Käyttäjien kokemukset ympäristöistä, jotka on valaistu mukautuvasti, ovat monimutkaisia ja moniulotteisia. Kokemukset muodostuvat kussakin ympäristössä kontekstisidonnaisina tulkintoina ja ilmentyminä yleisistä kokemuksellisista piirteistä. Mukautuvaa valaistusta määritellään ja käsitteellistetään tässä väitöskirjassa holistisena ja kontekstisidonnaisena suunnittelutehtävänä käyttäjän moniulotteisen kokemuksen ja suunnittelupraktiikan käytäntöön liittyvien rajoitusten näkökulmista. Tulevaisuuden suunnitteluprosesseissa tulisi huomioida suunnittelutehtävän moniulotteisuus. Näin mukautuva valaistus voisi tarjota energiansäästöjen ohella valaistuihin ympäristöihin lisäarvoa useilla kokemuksen tasoilla. Tämän työn päämerkityksenä on auttaa sekä suunnittelijoita että suunnittelun tilaajia ymmärtämään uuden suunnittelutehtävän monipuolisuus ja auttaa heitä lähestymään sitä ympäristön käyttäjien näkökulmasta.

Abstract The integration of digital technologies into urban life and environments has accelerated rapidly over the past few decades. It has been well established that this digital augmentation is changing the way we use and experience urban places; however, more studies, especially at the micro-level and from an architectural point of view, must be conducted in order to increase our understanding of the phenomenon. In this thesis, I examine the experience and evaluation of digitally augmented public urban places through four case studies, analysing participants’ experiences of adaptive lighting pilots and urban displays deployed in real world settings. Digital augmentations were found to be able to alter the genius loci significantly; furthermore, findings from these case studies demonstrate and explain how co-design, existing use patterns and user groups in urban places, climate and weather, and sense of place affect digital augmentations. The thesis makes a methodological contribution in the form of evaluation probes. This method was developed by modifying the cultural probes method for the purposes of evaluative research of design artefacts. The proposed method allows for the emic evaluation of design artefacts without direct researcher presence. In other case studies, I have used ethnographically inspired methods to gather research materials. In analysing research materials I make a theoretical contribution by introducing the concept of emplacement into architectural research. This concept highlights the importance of place in our experience as embodied individuals. Based on my empirical results, I argue for the design of meaningful emplaced experiences through digital augmentation. I also chart the design challenges that have emerged from my studies, utilising them to develop a holistic model that aims to describe experiences of digital augmentation in public urban places. Overall, the thesis proposes participatory design evaluation as a new approach in the field of architecture. It refers to the examination and utilisation of research participants’ intersubjective accounts in the evaluation of design artefacts from an experiential point of view. I argue for the benefits of this approach for the further inclusion of research knowledge in design and planning processes. / Tiivistelmä Viimeisten vuosikymmenten aikana digitaaliset teknologiat ovat asettuneet osaksi kaupunkielämää ja kaupunkipaikkoja. Tämä ilmiö, joka on helposti havaittavissa jokapäiväisessä elämässä, on tunnistettu myös tutkimuskirjallisuudessa, missä ilmiötä on kutsuttu nimellä kaupunkipaikkojen digitaalinen augmentointi. Tähän mennessä ilmiön on todettu muuttavan kokemuksiamme kaupunkipaikoista. Lisäksi on tunnistettu, että aihetta tulisi tarkastella myös erityisesti mikrotasolla sekä arkkitehtuurin alan näkökulmasta. Tässä väitöskirjassa tarkastelen julkisten kaupunkipaikkojen digitaalista augmentointia tapaustutkimusten avulla. Analysoin tätä varten osallistujien digitaalisen augmentaation kokemuksia, mitkä ovat tapahtuneet tutkimushankkeiden sisällä tuotettujen, aidoissa kaupunkiympäristöissä tehtyjen pilottien ja konstruktien yhteydessä. Lähestymistavaltaan työni on mikrotason evaluatiivista laadullista suunnittelututkimusta. Väitöstutkimukseni käsittää myös menetelmällistä kehitystyötä. Tämän kehitystyön tuloksena esittelen evaluaatioluotainmenetelmän. Menetelmä on kehitetty alkuperäisen kulttuuriluotainmenetelmän pohjalta. Esitän analyysin alkuperäisestä menetelmästä sekä tuloksia omista empiirisistä tutkimuksistani ehdotettua menetelmää tukevina perusteina. Muut tutkimuksessa käyttämäni menetelmät ovat alkuperältään etnografisia; olen kuitenkin soveltanut menetelmiä arkkitehtuuritutkimuksen käyttöön. Analysoidakseni näitä empiirisiä tuloksia olen myös tehnyt teoreettista kehitystyötä esittelemällä arkkitehtuurintutkimukseen emplacement-käsitteen (suom. paikantuneisuus). Olen käyttänyt tätä käsitettä analysoidakseni empiirisiä tutkimusmateriaaleja abduktiivisesti. Käsitteellä pyrin ymmärtämään ja teorisoimaan paikan roolia digitaalisten augmentointien ruumiillisessa kokemuksessa ja suunnittelussa. Kokonaisuudessaan kehitän väitöskirjassa osallistavaa suunnitteluevaluaatiota (engl. participatory design evaluation lähestymistapana. Tällä tarkoitan useiden intersubjektiivisten ja kokemuksellisten näkökulmien tuomista ja käyttämistä suunnittelutuotteiden evaluatiivisessa eli arvioivassa tutkimuksessa. Väitöksessäni puollan tämän lähestymistavan hyödyllisyyttä arkkitehtuurisuunnittelussa ja -tutkimuksessa.