Browsing by Author "Santos, Tiago Fernando Couto Sarmento dos"
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- Sistema de visão para percepção e navegação de um UAV QuadrotorPublication . Santos, Tiago Fernando Couto Sarmento dos; Almeida, José Miguel Soares deA inspecção visual, de infra-estruturas, de áreas de difícil acesso ou áreas em ambientes hostis à presença humana, assumem nos dias de hoje um carácter determinante, no processo de manutenção de infra-estruturas críticas, na monitorização de áreas de risco e/ou sinistradas, e, na vigilância de áreas de acesso restrito ou controlado. Para estas missões os veículos aéreos não tripulados (UAV’s) na categoria dos VTOL (Vertical Take- Off Landing) e em especial quadrotors, apresentam-se como uma solução eficaz (ausência de riscos humanos e baixo custo sistemático) abrindo novas perspectivas para as aplicações de inspecção e monitorização. Em missões de inspecção e monitorização remota nem sempre o streaming de vídeo em tempo real é a melhor representação da informação para o utilizador quando se pretende uma inspecção detalhada de uma zona ou estrutura. Consequentemente, será preferível a construção de uma representação ´única do cenário de inspecção, através da composição de um mosaico de imagens. Nesta dissertação endereçamos os elementos necessários ao desenvolvimento de um sistema de inspecção visual em tempo real, capaz de servir como mapa de navegação para veículos autónomos aéreos, bem como em cenários de inspecção dotar o utilizador de uma melhor percepção das zonas e estruturas sob inspecção. Foi efectuada uma análise dos projectos existentes de UAV’s quadrotors mais relevantes com enfâse nas capacidades sensoriais e de percepção do ambiente que os rodeia, bem como das técnicas de mosaico para aplicações de inspecção e navegação em tempo real. Neste trabalho são expostos conceitos necessários `a compreensão da formação de um mosaico de imagens e os fundamentos de navegação que permitem compreender de que modo um sistema de visão pode apoiar outros sensores de navegação. Foram implementadas técnicas de mosaico em MathWorks Matlab utilizando abordagens do estado da arte combinando detectores de pontos de interesse SIFT (Scalei Invariant Feature Transform), com métodos de exclusão de falsas correspondências baseados em RANSAC (Random Sample Consensus), estimação de transformações recorrendo a técnicas de mínimos quadrados e com juncão de imagens e pontos do mapa utilizando transformações affine e projectiva. Tendo como objectivo a utilização das técnicas de mosaico em tempo real foi proposta e implementada uma variante da técnica anterior onde a informação de um sistema inercial é utilizada substituindo o método RANSAC na etapa de exclusão de falsas associações. Ambos os métodos propostos foram validados experimentalmente apresentando resultados idênticos em termos de mosaico e informação para navegação, mas o novo método apresentou uma redução significativa em termos computacionais, o que traz uma mais valia na aplicação em tempo real. O sistema desenvolvido permite obter mosaicos de imagens para inspecção e navegação. Para a criação de um mosaico de imagens é utilizado o algoritmo de detecção de pontos de interesse em imagens SIFT. Como os pontos de duas imagens nem sempre geram associações correctas existe uma fase de exclusão de correspondências. Nesta etapa são apresentadas duas soluções: uma com recurso a estimação robusta baseada no algoritmo RANSAC e a segunda com integração de informação do sistema inercial presente no veículo. Ambas permitem a determinação das associações correctas que servem de base para o cálculo dos parâmetros da transformação bidimensional (affine ou projectiva) que vai deformar a imagem, possibilitando assim o registo de imagens. Foram estudados e implementados métodos para extracção da informação do movimento da câmara a partir das transformações estimadas da matriz de homografia entre imagens obtidas pelos m´métodos de mosaico implementados. De forma a validar a abordagem e caracterizar os desempenhos dos algoritmos implementados foram feitos testes de criação de mosaicos de imagens, assim como da determinação da posição e orientação da câmara por forma a fornecer informação para a navegação. Foi proposta uma arquitectura para o sistema de navegação e inspecção visual baseado num mosaico de imagens que integra estes resultados e que simultaneamente apoie a navegação (através da fusão com outros sensores de navegação como GPS e INS) e permita a inspecção e monitorização sob a forma de mosaico de imagens.