Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:31Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2006Bitstream added on 2014-06-13T19:40:16Z : No. of bitstreams: 1 barbosa_rl_dr_prud.pdf: 1353454 bytes, checksum: 109a85af0d056d18c721a2c6af70ce93 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Em certas condições, os sensores de orientação e posicionamento (INS e GPS) de um Sistema Móvel de Mapeamento Terrestre (SMMT) ficam indisponíveis por algum intervalo de tempo casionando a perda da orientação e do posicionamento das imagens capturadas neste intervalo. Neste trabalho, é proposta uma solução baseada apenas nas imagens sem a utilização de sensores ou informações externas às mesmas, através do fluxo óptico. Um sistema móvel com um par de vídeo câmaras, denominado Unidade Móvel de Mapeamento Digital (UMMD), foi utilizado para testar a metodologia proposta em uma via plana. As câmaras são fixadas em uma base com um afastamento entre as câmaras de 0,94m e paralelas ao eixo de deslocamento (Y). A velocidade do veículo é estimada, inicialmente, com base no fluxo óptico denso. Em seguida, a estimação da velocidade é melhorada após uma filtragem, que consiste em: utilizar os vetores que apresentam comportamento radial na metade inferior das imagens e que foram detectados pelo algoritmo de Canny, acrescida uma segunda etapa na estimação da velocidade com eliminação de erros grosseiros. Com a velocidade estimada e sabendo-se o tempo de amostragem do vídeo, o deslocamento de cada imagem é determinado e esta informação é utilizada como aproximação inicial para o posicionamento das câmaras. Os resultados mostraram que a velocidade estimada ficou próxima da velocidade verdadeira e a qualidade do ajustamento se mostrou razoável, considerando-se a não utilização de sensores externos e de pontos de apoio. / Under certain conditions the positioning and orientation sensors such as INS and GPS of a land-based mobile mapping system may fail for a certain time interval. The consequence is that the images captured during this time interval may be misoriented or even may have no orientation. This thesis proposes a solution to orient the images based only on image processing and a photogrammetric technique without any external sensors in order to overcome the lack of external orientation. A land-based mobile mapping system with a pair of video cameras and a GPS receiver was used to test the proposed methodology on an urban flat road. The video cameras were mounted on the roof of the vehicle with both optical axes parallel to the main road axis (Y). The methodology is based on the velocity estimation of the vehicle, which is done in two steps. Initially, the dense optical flow is computed then the velocity estimation is obtained through a filtering strategy that consists of using radial vectors in the low parts of the images. These radial vectors are detected by the Canny algorithm. The vehicle velocity is re-estimated after eliminating the optical flow outliers. With the reestimated velocity and with the video sampling time the spatial displacement of each image (with respect to the previous one of the sequence) is determined. The results show that the estimated velocity is pretty close to the true one and the quality of the least square adjustment is quite acceptable, considering that no external sensors were used.

Made available in DSpace on 2016-08-29T15:32:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_2260_Tese de Doutorado Eliete Maria de Oliveira Caldeira.pdf: 4117799 bytes, checksum: 26aca75f78d133d9c2bebbc9845349de (MD5) Previous issue date: 2002-12-11 / Esta Tese de Doutorado propõe um sistema de sensoriamento baseado em um modelo de percepção onde as mudanças em imagens obtidas consecutivamente (por uma câmara de vídeo fixa sobre um robô móvel) permitem obter informação sobre o ambiente. Também é discutida a utilização deste sistema de sensoriamento para controlar a navegação de um robô móvel, sendo que para isto foi implementado um sistema de controle que usa exclusivamente a informação sensorial obtida a partir das imagens adquiridas. Tal sistema de controle caracteriza um comportamento reativo do robô, ou seja, assegura que ele possa vagar pelo ambiente sem colidir com nenhum objeto. Uma das características do sistema de sensoriamento proposto é que não há necessidade de modificação do ambiente, quer pela adição de texturas quer por controle de iluminação. A informação sobre o ambiente é obtida, a partir das imagens, pela técnica do fluxo óptico, o qual é sempre calculado para imagens adquiridas com o robô em movimento de translação. Então, um algoritmo de segmentação de movimento com base no fluxo óptico é proposto e implementado, de forma a detectar os objetos presentes na cena. Uma estimativa da distância a cada objeto é então obtida, calculando-se o tempo para contato a partir do fluxo óptico. O sistema de controle implementado utiliza a informação de tempo para contato a cada objeto para determinar uma nova direção segura para o robô, e envia a ele os comandos necessários para mudar sua direção atual. Os sistemas de sensoriamento e de controle aqui tratados foram implementados a bordo do robô Pioneer 2DX e utilizados em diversos experimentos, cujo resultado mostra que o sistema apresenta bom desempenho.

O problema de contagem de pessoas em uma determinada região é de grande importância, e tem várias aplicações, tais como: planejamento dos serviços fornecidos por cinemas, shoppings centers, companhias de ônibus, assim como para o monitoramento do tráfego de pedestres em áreas urbanas. A necessidade de se conceber sistemas confiáveis capazes de contabilizar, em tempo real, o número de pessoas circulando em uma determinada região tem sido evidenciado por essas aplicações. Este trabalho apresenta um sistema de baixo custo para a estimação do fluxo multidirecional de pedestres, em ambientes abertos e não restritos, baseado na seqüência de imagens digitais, capturadas por uma única câmera vídeo tipo WEBCAM. A câmera é colocada na vertical do espaço a ser monitorado e conectada a um PC através da porta USB. A metodologia tem como base o trabalho desenvolvido por Pádua (2002) e utiliza o algoritmo proposto em Lucas e Kanade (1981) que computa o fluxo óptico das imagens capturadas pela câmera. Uma análise espaço-temporal desse fluxo é realizada para determinar o fluxo multidirecional dos pedestres. / The problem in counting people in restricted area is of great importance in planning the services offered by cinemas, malls and bus companies and also for controlling pedestrians traffic in urban areas. These applications have evinced the need for developing reliable real time systems capable of counting pedestrians in regions of interest. This work presents a low cost system for estimating the multidirectional flow of pedestrians in open areas and non-restricted areas. This system has only one WEBCAM placed in a vertical position in the area to be monitored. This camera is connected to the PC computer system through the USB port. The methodology is based in the work developed by Pádua (2002) and in the algorithm proposed by Lucas e Kanade (1981) that computerizes the optical flow of the images acquired by the stationary camera. The multidirectional flow is estimated by the temporal-space analysis of this optical flow

A área de robótica móvel se encontra numa fase de grande expansão, mas um dos obstáculos a ser vencido é o desenvolvimento de sistemas computacionais embarcados que combinem baixo consumo de energia com alta capacidade de processamento. A computação reconfigurável tem o potencial para atender esta demanda. Este trabalho visa avaliar as dificuldades no aproveitamento desta tecnologia através da implementação em hardware de um sistema de desvio de obstáculos para robôs móveis usando uma única câmera de baixo custo como sensor. Normalmente os algorítmos de fluxo óptico usados neste projeto são implementados inteiramente em software e sofrem várias restrições para poderem operar nos computadores embarcados nos robôs. O projeto descrito neste trabalho não tem estas restrições mas exige um esforço maior de desenvolvimento / The area of mobile robotics is undergoing a tremendous expansion, but one of the obstacles to be dealt with is the development of embedded computational systems that combine low power consumption and high performance. Reconfigurable computing has the potential to meet these requirements. This project is an evaluation of the complexities of fully exploiting this technology through the hardware implementation of an obstacle avoidance system for mobile robots using a single, low cost camera as its sensor. Normally, the optic flow algorithms used in this project are implemented entirely in software and so suffer several limitations in order to run on computers embedded in the robots. The hardware described here does not have the same limitations but requires more development effort

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:52Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2005-06-28Bitstream added on 2014-06-13T19:08:25Z : No. of bitstreams: 1 menuchi_mrtp_me_rcla.pdf: 321486 bytes, checksum: eb28a1ece2b065e6d1f1861d4c4f8762 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Durante a locomoção, ocorre um padrão de movimento visual referido como um campo de fluxo óptico. Para explorar como os ajustamentos locomotores são influenciados por este padrão, um paradigma experimental foi desenvolvido para anular o fluxo óptico durante a locomoção e ultrapassagem de obstáculo. O objetivo deste estudo foi investigar a contribuição de amostragens visuais estáticas e dinâmica na locomoção e ultrapassagem de obstáculos de diferentes alturas. Dez indivíduos (23,4 l 1,28 anos de idade, de ambos os gêneros) foram convidados a andar sobre uma passarela e ultrapassar um de dois obstáculos personalizados (obstáculo alto = altura do joelho e obstáculo baixo = altura do tornozelo) posicionado a 5m do ponto de partida. Diodos emissores de luz foram afixados no 5º metatarso e face lateral do calcâneo em ambos os pés e suas trajetórias foram filmados por quatro filmadoras digitais posicionadas bilateralmente à passarela. Dois blocos de tentativas foram apresentados em função das condições de amostragens visuais. No primeiro bloco, 10 tentativas com amostragem visual dinâmica (iluminação normal) foram apresentadas. No segundo bloco de tentativas, duas condições de amostragens visuais estáticas foram apresentadas de forma aleatória por meio de uma luz estroboscópica (2 flashes/segundo e 4 flashes/segundo). A duração de cada flash não ultrapassou 16ms e forneceu apenas imagens estáticas do ambiente. A altura do obstáculo foi randomizada em cada bloco de tentativas. Cinco tentativas para cada condição foram coletadas, totalizando 30 tentativas por participante. Todas as imagens foram digitalizadas e reconstruídas no plano tri-dimensional. As variáveis dependentes na fase de aproximação (comprimentos dos dois passos anteriores à ultrapassagem) e na fase de ultrapassagem... / During locomotion, a pattern of visual motion referred as an optic flow field occurs. In order to explore how the locomotor adjustments are influenced by this pattern, an experimental paradigm was developed to remove the optic flow during locomotion and obstacle avoidance. The aim of this study was to investigate the contribution of the static and dynamic visual sampling on the locomotion and obstacle avoidance of different heights. Ten individuals (23.4 l 1.28 years of age, both genders) were invited to walk on a pathway and to avoid one out of two personalized obstacles (high obstacle = knee height and low obstacle = ankle height) positioned 5m from the starting position. Light emitting diodes were fixed on the fifth metatarsal and calcaneus lateral face in both feet and their trajectories were recorded by four digital cameras bilaterally positioned related to the pathway. Two trial blocks were presented depending of the visual sampling conditions. In the first block, 10 trials with visual dynamic sampling (normal light) were presented. In the second trial block, two conditions of the static visual sampling frequencies were presented in an randomized way by means of the stroboscopic light (2 flashes/second or 4 flashes/second). Each flash duration was about 16ms and provided only environmental static images. Obstacle height was randomized for each trial block. Five trials for each experimental condition were collected totalizing 30 trials for each participant. All images were digitalized and reconstructed in the 3D plane. Dependent variables in the approach phase (last two step lengths before crossing) and in the crossing phase (horizontal toe distance to the obstacle prior crossing, obstacle toe clearance and mean horizontal velocity for each foot) were selected. The results revealed differences... (Complete abstract, access undermentioned electronic address)

Resumo: Em certas condições, os sensores de orientação e posicionamento (INS e GPS) de um Sistema Móvel de Mapeamento Terrestre (SMMT) ficam indisponíveis por algum intervalo de tempo casionando a perda da orientação e do posicionamento das imagens capturadas neste intervalo. Neste trabalho, é proposta uma solução baseada apenas nas imagens sem a utilização de sensores ou informações externas às mesmas, através do fluxo óptico. Um sistema móvel com um par de vídeo câmaras, denominado Unidade Móvel de Mapeamento Digital (UMMD), foi utilizado para testar a metodologia proposta em uma via plana. As câmaras são fixadas em uma base com um afastamento entre as câmaras de 0,94m e paralelas ao eixo de deslocamento (Y). A velocidade do veículo é estimada, inicialmente, com base no fluxo óptico denso. Em seguida, a estimação da velocidade é melhorada após uma filtragem, que consiste em: utilizar os vetores que apresentam comportamento radial na metade inferior das imagens e que foram detectados pelo algoritmo de Canny, acrescida uma segunda etapa na estimação da velocidade com eliminação de erros grosseiros. Com a velocidade estimada e sabendo-se o tempo de amostragem do vídeo, o deslocamento de cada imagem é determinado e esta informação é utilizada como aproximação inicial para o posicionamento das câmaras. Os resultados mostraram que a velocidade estimada ficou próxima da velocidade verdadeira e a qualidade do ajustamento se mostrou razoável, considerando-se a não utilização de sensores externos e de pontos de apoio. / Abstract: Under certain conditions the positioning and orientation sensors such as INS and GPS of a land-based mobile mapping system may fail for a certain time interval. The consequence is that the images captured during this time interval may be misoriented or even may have no orientation. This thesis proposes a solution to orient the images based only on image processing and a photogrammetric technique without any external sensors in order to overcome the lack of external orientation. A land-based mobile mapping system with a pair of video cameras and a GPS receiver was used to test the proposed methodology on an urban flat road. The video cameras were mounted on the roof of the vehicle with both optical axes parallel to the main road axis (Y). The methodology is based on the velocity estimation of the vehicle, which is done in two steps. Initially, the dense optical flow is computed then the velocity estimation is obtained through a filtering strategy that consists of using radial vectors in the low parts of the images. These radial vectors are detected by the Canny algorithm. The vehicle velocity is re-estimated after eliminating the optical flow outliers. With the reestimated velocity and with the video sampling time the spatial displacement of each image (with respect to the previous one of the sequence) is determined. The results show that the estimated velocity is pretty close to the true one and the quality of the least square adjustment is quite acceptable, considering that no external sensors were used. / Orientador: João Fernando Custódio da Silva / Coorientador: Messias Meneguette Júnior / Banca: Aluir Porfírio Dal Poz / Banca: Antonio Maria Garcia Tommaselli / Banca: Valentin Obac Roda / Banca: Almir Olivette Artero / Doutor

A área de robótica móvel se encontra numa fase de grande expansão, mas um dos obstáculos a ser vencido é o desenvolvimento de sistemas computacionais embarcados que combinem baixo consumo de energia com alta capacidade de processamento. A computação reconfigurável tem o potencial para atender esta demanda. Este trabalho visa avaliar as dificuldades no aproveitamento desta tecnologia através da implementação em hardware de um sistema de desvio de obstáculos para robôs móveis usando uma única câmera de baixo custo como sensor. Normalmente os algorítmos de fluxo óptico usados neste projeto são implementados inteiramente em software e sofrem várias restrições para poderem operar nos computadores embarcados nos robôs. O projeto descrito neste trabalho não tem estas restrições mas exige um esforço maior de desenvolvimento / The area of mobile robotics is undergoing a tremendous expansion, but one of the obstacles to be dealt with is the development of embedded computational systems that combine low power consumption and high performance. Reconfigurable computing has the potential to meet these requirements. This project is an evaluation of the complexities of fully exploiting this technology through the hardware implementation of an obstacle avoidance system for mobile robots using a single, low cost camera as its sensor. Normally, the optic flow algorithms used in this project are implemented entirely in software and so suffer several limitations in order to run on computers embedded in the robots. The hardware described here does not have the same limitations but requires more development effort

O problema de contagem de pessoas em uma determinada região é de grande importância, e tem várias aplicações, tais como: planejamento dos serviços fornecidos por cinemas, shoppings centers, companhias de ônibus, assim como para o monitoramento do tráfego de pedestres em áreas urbanas. A necessidade de se conceber sistemas confiáveis capazes de contabilizar, em tempo real, o número de pessoas circulando em uma determinada região tem sido evidenciado por essas aplicações. Este trabalho apresenta um sistema de baixo custo para a estimação do fluxo multidirecional de pedestres, em ambientes abertos e não restritos, baseado na seqüência de imagens digitais, capturadas por uma única câmera vídeo tipo WEBCAM. A câmera é colocada na vertical do espaço a ser monitorado e conectada a um PC através da porta USB. A metodologia tem como base o trabalho desenvolvido por Pádua (2002) e utiliza o algoritmo proposto em Lucas e Kanade (1981) que computa o fluxo óptico das imagens capturadas pela câmera. Uma análise espaço-temporal desse fluxo é realizada para determinar o fluxo multidirecional dos pedestres. / The problem in counting people in restricted area is of great importance in planning the services offered by cinemas, malls and bus companies and also for controlling pedestrians traffic in urban areas. These applications have evinced the need for developing reliable real time systems capable of counting pedestrians in regions of interest. This work presents a low cost system for estimating the multidirectional flow of pedestrians in open areas and non-restricted areas. This system has only one WEBCAM placed in a vertical position in the area to be monitored. This camera is connected to the PC computer system through the USB port. The methodology is based in the work developed by Pádua (2002) and in the algorithm proposed by Lucas e Kanade (1981) that computerizes the optical flow of the images acquired by the stationary camera. The multidirectional flow is estimated by the temporal-space analysis of this optical flow

O presente trabalho reúne elementos para a análise dos principais problemas e dificuldades inerentes à implementação de um dispositivo para a aferição de velocímetros de veículos automotores, de forma a atender a legislação prevista no código nacional de Trânsito, determinada pela Portaria n.º 115 de 1998, que define erros máximos permitidos para velocímetros de ± 5km/h para velocidades de até 100km/h e de ± 5% para velocidades acima de 100km/h. Inicialmente são apresentados e comparados os principais métodos de medição de velocidade abordados na literatura. A partir desta análise, é implementado um método inovador decorrente do efeito de escorrimento ou blur, onde, através do estudo das características e regularidades contidas em uma única imagem borrada, será determinada a velocidade da superfície em análise. A partir de uma bancada que simula o solo em movimento e, utilizando-se uma câmera CCD (Charge Coupled Device) e um frame grabber, fez-se a aquisição de imagens da superfície asfáltica em movimento. A informação de velocidade pôde então ser determinada, através da análise das regularidades contidas na imagem dinâmica devido ao efeito de escorrimento ou efeito blur. Obteve-se resultados suficientes para a aferição de velocímetros, com erros máximos abaixo de 5%. A técnica desenvolvida e avaliada na prática através de uma bancada que simula o asfalto em movimento, demonstrou uma precisão de 0,8% numa faixa de velocidades de 0 a 20km/h , de 1,5% numa faixa de velocidades de 20 a 60km/h e de 2,5% numa faixa de velocidades de 60km/h a 80km/h. Finalmente foram investigados os fatores preponderantes que limitaram os erros nesta ordem de grandeza. / This work gathers elements for the study and analysis of the main problems and difficulties inherents to the implementation of a device to the gauging of a speedometer of automotive vehicles, in order to meet the foreseen legislation described by the governmental decree nº 115 from 1998, which defines the maximum allowed error for speedometers of ± 5km/h for speeds till 100km/h and ± 5% for speeds above 100km/h. From this study, a new method, based on the blur effect, is proposed. In the method, the speed of the target surface is determined by analyzing the characteristics and regularities contained in a single blurred image. Starting from a device that simulates the soil movement and, using a CCD (Charge Coupled Device) camera and a frame grabber, the acquisition of images of the moving asphalt surface was done. The information of speed then could be determined, through the study of the regularities contained in the dynamic image due to the blur effect. The necessary results for the gauging have been achieved with success, with precision below 5%. The developed and evaluated technique in practice through a device that simulates the asphalt in movement has demonstrated a precision of 0,8% in a range of speeds from 0 to 20km/h, 1,5% in a range of speeds from 20km/h to 60km/h and 2,5% in a range of speeds from 60km/h to 80km/h. Finally, it was investigated the preponderant factors which have limited the errors in this order of greatness.