Thesis (doctoral)--Universität, Konstanz, 2001. / Includes bibliographical references (p. [283]-290) and index. Also available via the World Wide Web.

Neste documento, está apresentada a GEmSysC, uma API criptográfica unificada para aplicações embarcadas. Camadas de abstração compatíveis com esta API podem ser construídas sobre bibliotecas existentes, de forma que as funcionalidades criptográficas podem ser acessadas pelo software de alto nível de forma consistente e independente da implementação. As características da API foram definidas com base em boas práticas de construção de APIs, práticas indicadas em software embarcado e também com base em outras bibliotecas e padrões criptográficos existentes. A principal inspiração para este projeto foi o padrão CMSIS-RTOS, que também busca unificar interfaces para software embarcado de forma independente da implementação, mas é voltado a sistemas operacionais, não a funcionalidades criptográficas. A estrutura da GEmSysC é modular, sendo composta de um core genérico e módulos acopláveis, um para cada algoritmo criptográfico. Nesta dissertação, está apresentada a especificação do core e de três módulos: AES, RSA e SHA-256. Ainda que a GEmSysC tenha sido elaborada para utilização em sistemas embarcados, ela também poderia ser utilizada em computadores computacionais, já que, em última instância, sistemas embarcados são sistemas computacionais. Como provas de conceito, foram feitas duas implementações da GEmSysC: uma sobre a biblioteca wolfSSL, que é de código aberto e voltada a sistemas embarcados, e outra sobre a OpenSSL, que é amplamente utilizada e de código aberto, mas não é voltada especificamente a sistemas embarcados. A primeira implementação foi testada em um processador Cortex-M3 sem sistema operacional, enquanto a segunda foi testada em um PC com sistema operacional Windows 10. Mostrou-se que a GEmSysC é, sob alguns aspectos, mais simples que outras bibliotecas. Mostrou-se também que o overhead da camada de abstração é pequeno, ficando entre pouco mais de 0% e 0,17% na implementação voltada a sistemas embarcados e entre 0,03% e 1,40% na implementação para PC. Apresentaram-se ainda os valores dos custos de memória de programa e de RAM de cada uma das implementações. / This document presents GEmSysC, an unified cryptographic API for embedded systems. Software layers implementing this API can be built over existing libraries, allowing embedded software to access cryptographic functions in a consistent way that does not depend on the underlying library. The API complies to good practices for API design and good practices for embedded software development and took its inspiration from other cryptographic libraries and standards. The main inspiration for creating GEmSysC was the CMSIS-RTOS standard, which defines an unified API for embedded software in an implementation-independent way, but targets operating systems instead of cryptographic functions. GEmSysC is made of a generic core and attachable modules, one for each cryptographic algorithm. This document contains the specification of the core of GEmSysC and three of its modules: AES, RSA and SHA-256. GEmSysC was built targeting embedded systems, but this does not restrict its use only in such systems – after all, embedded systems are just very limited computing devices. As a proof of concept, two implementations of GEmSysC were made. One of them was built over wolfSSL, which is an open source library for embedded systems. The other was built over OpenSSL, which is open source and a de facto standard. Unlike wolfSSL, OpenSSL does not specifically target embedded systems. The implementation built over wolfSSL was evaluated in a Cortex- M3 processor with no operating system while the implementation built over OpenSSL was evaluated on a personal computer with Windows 10 operating system. This document displays test results showing GEmSysC to be simpler than other libraries in some aspects. These results have shown that both implementations incur in little overhead in computation time compared to the cryptographic libraries themselves. The overhead of the implementation has been measured for each cryptographic algorithm and is between around 0% and 0.17% for the implementation over wolfSSL and between 0.03% and 1.40% for the one over OpenSSL. This document also presents the memory costs for each implementation.

Detectores de pontos de interesse, ou detectores de keypoints, têm sido de grande interesse para a área de visão robótica embarcada, especialmente aqueles que possuem robustez a variações geométricas, como rotação, transformações afins e mudanças em escala. A detecção de características invariáveis a escala é normalmente realizada com a construção de pirâmides de imagens em multiescala e pela busca exaustiva de extremos no espaço de escala, uma abordagem presente em métodos de reconhecimento de objetos como SIFT e SURF. Esses métodos são capazes de encontrar pontos de interesse bastante robustos, com propriedades adequadas para o reconhecimento de objetos, mas são ao mesmo tempo computacionalmente custosos. Nesse trabalho é apresentado um método eficiente para a construção de pirâmides de imagens em sistemas embarcados, como a plataforma BeagleBoard-xM, de forma similar ao método SIFT. O método aqui apresentado tem como objetivo utilizar técnicas computacionalmente menos custosas e a reutilização de informações previamente processadas de forma eficiente para reduzir a complexidade computacional. Para simplificar o processo de construção de pirâmides, o método utiliza filtros binomiais em substituição aos filtros Gaussianos convencionais utilizados no método SIFT original para calcular múltiplas escalas de uma imagem. Filtros binomiais possuem a vantagem de serem implementáveis utilizando notação ponto-fixo, o que é uma grande vantagem para muitos sistemas embarcados que não possuem suporte nativo a ponto-flutuante. A quantidade de convoluções necessária é reduzida pela reamostragem de escalas já processadas da pirâmide. Após a apresentação do método para construção eficiente de pirâmides, é apresentada uma maneira de implementação eficiente do método em uma plataforma SIMD (Single Instruction, Multiple Data, em português, Instrução Única, Dados Múltiplos) – a plataforma SIMD usada é a extensão ARM Neon disponível no processador ARM Cortex-A8 da BeagleBoard-xM. Plataformas SIMD em geral são muito úteis para aplicações multimídia, onde normalmente é necessário realizar a mesma operação em vários elementos, como pixels em uma imagem, permitindo que múltiplos dados sejam processados com uma única instrução do processador. Entretanto, a extensão Neon no processador Cortex-A8 não suporta operações em ponto-flutuante, tendo o método sido cuidadosamente implementado de forma a superar essa limitação. Por fim, alguns resultados sobre o método aqui proposto e método SIFT original são apresentados, incluindo seu desempenho em tempo de execução e repetibilidade de pontos de interesse detectados. Com uma implementação direta (sem o uso da plataforma SIMD), é mostrado que o método aqui apresentado necessita de aproximadamente 1/4 do tempo necessário para construir a pirâmide do método SIFT original, ao mesmo tempo em que repete até 86% dos pontos de interesse. Com uma abordagem completamente implementada em ponto-fixo (incluindo a vetorização com a plataforma SIMD) a repetibilidade chega a 92% dos pontos de interesse do método SIFT original, porém, reduzindo o tempo de processamento para menos de 3%. / Interest point detectors, or keypoint detectors, have been of great interest for embedded robot vision for a long time, especially those which provide robustness against geometrical variations, such as rotation, affine transformations and changes in scale. The detection of scale invariant features is normally done by constructing multi-scale image pyramids and performing an exhaustive search for extrema in the scale space, an approach that is present in object recognition methods such as SIFT and SURF. These methods are able to find very robust interest points with suitable properties for object recognition, but at the same time are computationally expensive. In this work we present an efficient method for the construction of SIFT-like image pyramids in embedded systems such as the BeagleBoard-xM. The method we present here aims at using computationally less expensive techniques and reusing already processed information in an efficient manner in order to reduce the overall computational complexity. To simplify the pyramid building process we use binomial filters instead of conventional Gaussian filters used in the original SIFT method to calculate multiple scales of an image. Binomial filters have the advantage of being able to be implemented by using fixed-point notation, which is a big advantage for many embedded systems that do not provide native floating-point support. We also reduce the amount of convolution operations needed by resampling already processed scales of the pyramid. After presenting our efficient pyramid construction method, we show how to implement it in an efficient manner in an SIMD (Single Instruction, Multiple Data) platform -- the SIMD platform we use is the ARM Neon extension available in the BeagleBoard-xM ARM Cortex-A8 processor. SIMD platforms in general are very useful for multimedia applications, where normally it is necessary to perform the same operation over several elements, such as pixels in images, enabling multiple data to be processed with a single instruction of the processor. However, the Neon extension in the Cortex-A8 processor does not support floating-point operations, so the whole method was carefully implemented to overcome this limitation. Finally, we provide some comparison results regarding the method we propose here and the original SIFT approach, including performance regarding execution time and repeatability of detected keypoints. With a straightforward implementation (without the use of the SIMD platform), we show that our method takes approximately 1/4 of the time taken to build the entire original SIFT pyramid, while repeating up to 86% of the interest points found with the original method. With a complete fixed-point approach (including vectorization within the SIMD platform) we show that repeatability reaches up to 92% of the original SIFT keypoints while reducing the processing time to less than 3%.

A utilização de ferramentas externas de diagnóstico guiado tem se tornado cada vez mais importante nas atividades de pós-venda da indústria automotiva. Isso se dá principalmente devido ao uso extensivo de sistemas embarcados nos veículos, tornando-os mais complexos e difíceis de diagnosticar. Atualmente, as técnicas empregadas para o desenvolvimento da ferramenta de diagnóstico guiado são fortemente dependentes da experiência do projetista e centralizadas nas peças e subsistemas do veículo, possibilitando baixo grau de flexibilidade e reaproveitamento da informação. Este trabalho propõe uma nova metodologia para o desenvolvimento da ferramenta de diagnóstico guiado, aplicado a um estudo de caso da indústria automotiva, numa arquitetura de software em três camadas: peças e componentes do veículo, informações e estratégia para o diagnóstico e uma camada de apresentação. Isso permite grande flexibilidade no projeto da ferramenta de diagnóstico guiado para diferentes modelos de veículos, fabricantes de peças e sistemas automotivos. A metodologia proposta é aplicada em um estudo de caso de diagnóstico da Volvo caminhões, mostrando o processo de adaptação da arquitetura de software de três camadas à metodologia proposta e seu impacto no custo do desenvolvimento da ferramenta de diagnóstico. / External guided diagnostic tools are increasingly important to the aftermarket business of automotive industry. It occurs mainly due to the extensive using of embedded systems in vehicles, making them more complex and difficult to diagnose. Currently, the techniques used to develop a guided diagnostic tool are strongly dependent on designer’s experience and are usually focused on parts and vehicle’s subsystems, allowing low flexibility and reduced information reusage. This paper proposes a new methodology for development of a guided diagnostic tool applied to the automotive industry. This methodology is based on a three-tier software architecture composed of vehicle’s parts and components, diagnostic information and strategy, and presentation layer. It allows great flexibility for designing a guided diagnostic tool for different vehicle models, parts OEMs and automotive systems. The proposed methodology has been applied to a case study at Volvo Trucks. The corresponding adaptation process to the three-tier software architecture is presented as well as its impact on development costs. / 5000

Esta dissertação trata sobre o projeto, implementação e avaliação de um filtro híbrido para supressão de ruído em sistemas de alta potência. Seu desempenho será otimizado para reduzir a magnitude de ruídos impulsivos, que são comuns em dispositivos de alta potência, como inversores de frequência que controlam motores trifásicos. O filtro híbrido proposto é avaliado empiricamente em um inversor de frequência que é controlado por um sistema embarcado. A abordagem proposta é comparada com abordagens clássicas de filtragem digital como média móvel, filtro de resposta finita ao impulso (FIR) e filtro de resposta infinita ao impulso (IIR). / This work presents the project, implementation and evaluation of a hybrid filter used for noise supressing in high power switching converters. It is optimized to reduce impulsive noise that is commonly present in high power devices like frequency inverters that control three-phase motors. The hybrid filter is evaluated empirically in a frequency inverter that is controlled by an embedded system. This approach is compared to classical ones, like the moving average, the finite impulse response (FIR) and the infinite impulse response (IIR) filters.

A utilização da tecnologia da informação no processo de automatização do trabalho já está instituída. As soluções que automatizam os processos fabris e que suportam a prestação de serviços aumentam a produtividade e tornaram-se imprescindíveis como ativo a ser bem explorado pelas organizações que desejam possuir os diferenciais competitivos essenciais para sobreviver num mercado concorrido. No âmbito do poder público, o processo de automatização também caminha rapidamente e novas ferramentas que agilizam e reduzem os custos da prestação de serviços aos cidadãos são implementadas. O processo eleitoral brasileiro acompanhou a onda da informatização e está totalmente automatizado desde 1998. Todavia, a informatização de eleições é um processo crítico devido aos diversos requisitos relacionados com a segurança do processo. O cenário de um processo eleitoral é composto por um conjunto de interesses, geralmente conflitantes, que devem ser harmonizados em eleições justas e limpas. A informatização traz vantagens relacionadas com a maior agilidade no processo de apuração e divulgação do resultado da eleição, maior economia, maior flexibilidade, possibilidade de correção de erros cometidos no momento da votação, inclusão de pessoas com deficiências, entre outros. Conciliar as dificuldades de implementar os requisitos exigidos em um sistema eleitoral, especificamente aqueles conflitantes e que asseguram a legitimidade das eleições (privacidade do eleitor e a garantia da integridade), para tirar proveito das vantagens que a informatização proporciona, tem sido objeto de pesquisas no meio acadêmico. Neste trabalho é apresentado um projeto para a construção de um protótipo de um dispositivo embarcado que visa aumentar a economicidade do processo eleitoral. O dispositivo destina-se a aperfeiçoar a fase de envio dos arquivos contendo os votos eletrônicos, apurados nas urnas eletrônicas brasileiras, para totalização e obtenção do resultado do pleito. Para melhorar a segurança, o equipamento faz uso de técnicas de criptografia para assegurar que o canal utilizado para transmissão dos resultados é seguro. A maior economia para o processo eleitoral é garantida com um dispositivo portátil, leve, de baixo consumo energético e robusto. Equipamentos menores e portáteis podem reduzir os custos com o processo de aquisição, preparação e envio para os locais de onde os votos eletrônicos serão transmitidos afim de serem totalizados nos sistemas centralizados da Justiça Eleitoral. / The use of information technology to promote the automation of work processes is widely spread. Systems to automate the manufacturing processes and to support services delivery help to improve the productivity and have become an indispensable asset to be exploited by organizations wishing to have the competitive advantages essential to survive in a crowded marketplace. In the context of public sector, the automation process also moves quickly and new tools that streamline and reduce the costs of providing services to citizens are being implemented. The Brazilian electoral process followed the wave of informatization and is fully automated since 1998. However, the informatization of elections is a critical process due to various requirements related to the electoral process security. The scenario of an electoral process is composed of a set of interests, often conflicting, which should be harmonized by fair and clean elections. Computerization has advantages related to greater agility in the process of calculation and disclosure of the outcome of the elections, greater economy, greater flexibility, possibility of correcting errors made at the time of voting, inclusion of people with disabilities, among others. Reconcile the difficulties of implementing the requirements in an electoral system, specifically those conflicting, which shall ensure the legitimacy of the elections (voter privacy and guarantee of the integrity), to take advantage of the benefits that computerization provides, has been subject of academic research. This work presents a project to build a prototype of an embedded device that aims to increase economicity of the Brazilian electoral process. The device is intended to improve the activity of sending files containing the electronic votes, acquired in the Brazilian electronic ballot boxes, for counting and obtaining the result of the election. To improve security, the prototype makes use of encryption techniques to ensure that the channel used for transmission of results is secure. The economy for the electoral process will be guaranteed with a portable, lightweight, low energy consumption and robust device. Portable and smaller equipments can reduce the costs with the acquisition process, preparing and sending to the places where the electronic votes will be transmitted in order to be aggregated in centralized systems. / 5000

A utilização de ferramentas externas de diagnóstico guiado tem se tornado cada vez mais importante nas atividades de pós-venda da indústria automotiva. Isso se dá principalmente devido ao uso extensivo de sistemas embarcados nos veículos, tornando-os mais complexos e difíceis de diagnosticar. Atualmente, as técnicas empregadas para o desenvolvimento da ferramenta de diagnóstico guiado são fortemente dependentes da experiência do projetista e centralizadas nas peças e subsistemas do veículo, possibilitando baixo grau de flexibilidade e reaproveitamento da informação. Este trabalho propõe uma nova metodologia para o desenvolvimento da ferramenta de diagnóstico guiado, aplicado a um estudo de caso da indústria automotiva, numa arquitetura de software em três camadas: peças e componentes do veículo, informações e estratégia para o diagnóstico e uma camada de apresentação. Isso permite grande flexibilidade no projeto da ferramenta de diagnóstico guiado para diferentes modelos de veículos, fabricantes de peças e sistemas automotivos. A metodologia proposta é aplicada em um estudo de caso de diagnóstico da Volvo caminhões, mostrando o processo de adaptação da arquitetura de software de três camadas à metodologia proposta e seu impacto no custo do desenvolvimento da ferramenta de diagnóstico. / External guided diagnostic tools are increasingly important to the aftermarket business of automotive industry. It occurs mainly due to the extensive using of embedded systems in vehicles, making them more complex and difficult to diagnose. Currently, the techniques used to develop a guided diagnostic tool are strongly dependent on designer’s experience and are usually focused on parts and vehicle’s subsystems, allowing low flexibility and reduced information reusage. This paper proposes a new methodology for development of a guided diagnostic tool applied to the automotive industry. This methodology is based on a three-tier software architecture composed of vehicle’s parts and components, diagnostic information and strategy, and presentation layer. It allows great flexibility for designing a guided diagnostic tool for different vehicle models, parts OEMs and automotive systems. The proposed methodology has been applied to a case study at Volvo Trucks. The corresponding adaptation process to the three-tier software architecture is presented as well as its impact on development costs. / 5000

Esta dissertação trata sobre o projeto, implementação e avaliação de um filtro híbrido para supressão de ruído em sistemas de alta potência. Seu desempenho será otimizado para reduzir a magnitude de ruídos impulsivos, que são comuns em dispositivos de alta potência, como inversores de frequência que controlam motores trifásicos. O filtro híbrido proposto é avaliado empiricamente em um inversor de frequência que é controlado por um sistema embarcado. A abordagem proposta é comparada com abordagens clássicas de filtragem digital como média móvel, filtro de resposta finita ao impulso (FIR) e filtro de resposta infinita ao impulso (IIR). / This work presents the project, implementation and evaluation of a hybrid filter used for noise supressing in high power switching converters. It is optimized to reduce impulsive noise that is commonly present in high power devices like frequency inverters that control three-phase motors. The hybrid filter is evaluated empirically in a frequency inverter that is controlled by an embedded system. This approach is compared to classical ones, like the moving average, the finite impulse response (FIR) and the infinite impulse response (IIR) filters.

A utilização da tecnologia da informação no processo de automatização do trabalho já está instituída. As soluções que automatizam os processos fabris e que suportam a prestação de serviços aumentam a produtividade e tornaram-se imprescindíveis como ativo a ser bem explorado pelas organizações que desejam possuir os diferenciais competitivos essenciais para sobreviver num mercado concorrido. No âmbito do poder público, o processo de automatização também caminha rapidamente e novas ferramentas que agilizam e reduzem os custos da prestação de serviços aos cidadãos são implementadas. O processo eleitoral brasileiro acompanhou a onda da informatização e está totalmente automatizado desde 1998. Todavia, a informatização de eleições é um processo crítico devido aos diversos requisitos relacionados com a segurança do processo. O cenário de um processo eleitoral é composto por um conjunto de interesses, geralmente conflitantes, que devem ser harmonizados em eleições justas e limpas. A informatização traz vantagens relacionadas com a maior agilidade no processo de apuração e divulgação do resultado da eleição, maior economia, maior flexibilidade, possibilidade de correção de erros cometidos no momento da votação, inclusão de pessoas com deficiências, entre outros. Conciliar as dificuldades de implementar os requisitos exigidos em um sistema eleitoral, especificamente aqueles conflitantes e que asseguram a legitimidade das eleições (privacidade do eleitor e a garantia da integridade), para tirar proveito das vantagens que a informatização proporciona, tem sido objeto de pesquisas no meio acadêmico. Neste trabalho é apresentado um projeto para a construção de um protótipo de um dispositivo embarcado que visa aumentar a economicidade do processo eleitoral. O dispositivo destina-se a aperfeiçoar a fase de envio dos arquivos contendo os votos eletrônicos, apurados nas urnas eletrônicas brasileiras, para totalização e obtenção do resultado do pleito. Para melhorar a segurança, o equipamento faz uso de técnicas de criptografia para assegurar que o canal utilizado para transmissão dos resultados é seguro. A maior economia para o processo eleitoral é garantida com um dispositivo portátil, leve, de baixo consumo energético e robusto. Equipamentos menores e portáteis podem reduzir os custos com o processo de aquisição, preparação e envio para os locais de onde os votos eletrônicos serão transmitidos afim de serem totalizados nos sistemas centralizados da Justiça Eleitoral. / The use of information technology to promote the automation of work processes is widely spread. Systems to automate the manufacturing processes and to support services delivery help to improve the productivity and have become an indispensable asset to be exploited by organizations wishing to have the competitive advantages essential to survive in a crowded marketplace. In the context of public sector, the automation process also moves quickly and new tools that streamline and reduce the costs of providing services to citizens are being implemented. The Brazilian electoral process followed the wave of informatization and is fully automated since 1998. However, the informatization of elections is a critical process due to various requirements related to the electoral process security. The scenario of an electoral process is composed of a set of interests, often conflicting, which should be harmonized by fair and clean elections. Computerization has advantages related to greater agility in the process of calculation and disclosure of the outcome of the elections, greater economy, greater flexibility, possibility of correcting errors made at the time of voting, inclusion of people with disabilities, among others. Reconcile the difficulties of implementing the requirements in an electoral system, specifically those conflicting, which shall ensure the legitimacy of the elections (voter privacy and guarantee of the integrity), to take advantage of the benefits that computerization provides, has been subject of academic research. This work presents a project to build a prototype of an embedded device that aims to increase economicity of the Brazilian electoral process. The device is intended to improve the activity of sending files containing the electronic votes, acquired in the Brazilian electronic ballot boxes, for counting and obtaining the result of the election. To improve security, the prototype makes use of encryption techniques to ensure that the channel used for transmission of results is secure. The economy for the electoral process will be guaranteed with a portable, lightweight, low energy consumption and robust device. Portable and smaller equipments can reduce the costs with the acquisition process, preparing and sending to the places where the electronic votes will be transmitted in order to be aggregated in centralized systems. / 5000

Ce travail porte, de façon théorétique et pratique, sur les sujets plus pertinents autour des drones en navigation autonome et semi-autonome. Conformément à la nature multidisciplinaire des problèmes étudies, une grande diversité des techniques et théories ont été couverts dans les domaines de la robotique, l’automatique, l’informatique, la vision par ordinateur et les systèmes embarques, parmi outres.Dans le cadre de cette thèse, deux plates-formes expérimentales ont été développées afin de valider la théorie proposée pour la navigation autonome d’un drone. Le premier prototype, développé au laboratoire, est un quadrirotor spécialement conçu pour les applications extérieures. La deuxième plate-forme est composée d’un quadrirotor à bas coût du type AR.Drone fabrique par Parrot. Le véhicule est connecté sans fil à une station au sol équipé d’un système d’exploitation pour robots (ROS) et dédié à tester, d’une façon facile, rapide et sécurisé, les algorithmes de vision et les stratégies de commande proposés. Les premiers travaux développés ont été basés sur la fusion de donnés pour estimer la position du drone en utilisant des capteurs inertiels et le GPS. Deux stratégies ont été étudiées et appliquées, le Filtre de Kalman Etendu (EKF) et le filtre à Particules (PF). Les deux approches prennent en compte les mesures bruitées de la position de l’UAV, de sa vitesse et de son orientation. On a réalisé une validation numérique pour tester la performance des algorithmes. Une tâche dans le cahier de cette thèse a été de concevoir d’algorithmes de commande pour le suivi de trajectoires ou bien pour la télé-opération. Pour ce faire, on a proposé une loi de commande basée sur l’approche de Mode Glissants à deuxième ordre. Cette technique de commande permet de suivre au quadrirotor de trajectoires désirées et de réaliser l’évitement des collisions frontales si nécessaire. Etant donné que la plate-forme A.R.Drone est équipée d’un auto-pilote d’attitude, nous avons utilisé les angles désirés de roulis et de tangage comme entrées de commande. L’algorithme de commande proposé donne de la robustesse au système en boucle fermée. De plus, une nouvelle technique de vision monoculaire par ordinateur a été utilisée pour la localisation d’un drone. Les informations visuelles sont fusionnées avec les mesures inertielles du drone pour avoir une bonne estimation de sa position. Cette technique utilise l’algorithme PTAM (localisation parallèle et mapping), qui s’agit d’obtenir un nuage de points caractéristiques dans l’image par rapport à une scène qui servira comme repère. Cet algorithme n’utilise pas de cibles, de marqueurs ou de scènes bien définies. La contribution dans cette méthodologie a été de pouvoir utiliser le nuage de points disperse pour détecter possibles obstacles en face du véhicule. Avec cette information nous avons proposé un algorithme de commande pour réaliser l’évitement d’obstacles. Cette loi de commande utilise les champs de potentiel pour calculer une force de répulsion qui sera appliquée au drone. Des expériences en temps réel ont montré la bonne performance du système proposé. Les résultats antérieurs ont motivé la conception et développement d’un drone capable de réaliser en sécurité l’interaction avec les hommes et les suivre de façon autonome. Un classificateur en cascade du type Haar a été utilisé pour détecter le visage d’une personne. Une fois le visage est détecté, on utilise un filtre de Kalman (KF) pour améliorer la détection et un algorithme pour estimer la position relative du visage. Pour réguler la position du drone et la maintenir à une distance désirée du visage, on a utilisé une loi de commande linéaire. / The present document addresses, theoretically and experimentally, the most relevant topics for Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) in autonomous and semi-autonomous navigation. According with the multidisciplinary nature of the studied problems, a wide range of techniques and theories are covered in the fields of robotics, automatic control, computer science, computer vision and embedded systems, among others. As part of this thesis, two different experimental platforms were developed in order to explore and evaluate various theories and techniques of interest for autonomous navigation. The first prototype is a quadrotor specially designed for outdoor applications and was fully developed in our lab. The second testbed is composed by a non expensive commercial quadrotor kind AR. Drone, wireless connected to a ground station equipped with the Robot Operating System (ROS), and specially intended to test computer vision algorithms and automatic control strategies in an easy, fast and safe way. In addition, this work provides a study of data fusion techniques looking to enhance the UAVs pose estimation provided by commonly used sensors. Two strategies are evaluated in particular, an Extended Kalman Filter (EKF) and a Particle Filter (PF). Both estimators are adapted for the system under consideration, taking into account noisy measurements of the UAV position, velocity and orientation. Simulations show the performance of the developed algorithms while adding noise from real GPS (Global Positioning System) measurements. Safe and accurate navigation for either autonomous trajectory tracking or haptic teleoperation of quadrotors is presented as well. A second order Sliding Mode (2-SM) control algorithm is used to track trajectories while avoiding frontal collisions in autonomous flight. The time-scale separation of the translational and rotational dynamics allows us to design position controllers by giving desired references in the roll and pitch angles, which is suitable for quadrotors equipped with an internal attitude controller. The 2-SM control allows adding robustness to the closed-loop system. A Lyapunov based analysis probes the system stability. Vision algorithms are employed to estimate the pose of the vehicle using only a monocular SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) fused with inertial measurements. Distance to potential obstacles is detected and computed using the sparse depth map from the vision algorithm. For teleoperation tests, a haptic device is employed to feedback information to the pilot about possible collisions, by exerting opposite forces. The proposed strategies are successfully tested in real-time experiments, using a low-cost commercial quadrotor. Also, conception and development of a Micro Aerial Vehicle (MAV) able to safely interact with human users by following them autonomously, is achieved in the present work. Once a face is detected by means of a Haar cascade classifier, it is tracked applying a Kalman Filter (KF), and an estimation of the relative position with respect to the face is obtained at a high rate. A linear Proportional Derivative (PD) controller regulates the UAV’s position in order to keep a constant distance to the face, employing as well the extra available information from the embedded UAV’s sensors. Several experiments were carried out through different conditions, showing good performance even under disadvantageous scenarios like outdoor flight, being robust against illumination changes, wind perturbations, image noise and the presence of several faces on the same image. Finally, this thesis deals with the problem of implementing a safe and fast transportation system using an UAV kind quadrotor with a cable suspended load. The objective consists in transporting the load from one place to another, in a fast way and with minimum swing in the cable.