In dealing with rigid body three-dimensional rotational motion, one is inevitably led to face the fact that rotations are not vector quantities. They may, however, be treated as such when the angle of rotation is (very) small. In this context, i.e. the infinitesimal case analysis, the time derivatives of the rotation variables hold simple (sometimes vector-like) relationships to the components of the angular velocity vector. Conventionally, this distinctive characteristic cannot be associated with general moderate-to-large rotations.In this thesis, it is demonstrated that the kinematical differential relationship between the rotation vector and the angular velocity vector may, in fact, be expressed in terms of a mere time derivative, provided that the angle of rotation is kept within moderate bounds. The key to achieve such simplicity in the kinematical equation (linear attitude kinematics) within moderate angles of rotation is a judicious choice of the basis from which the time derivative is observed. This result is used to advantage within a generalised version of Euler's motion equations to construct a simple control law, which nominally realises both linear attitude tracking and linear angular velocity tracking (nominal linear attitude state tracking), within moderate attitude tracking errors. The analytical work presented here is unique in the sense that it combines attitude kinematics, dynamics and control in such a way that nominal linearity between the attitude state error variables is achieved within moderate attitude tracking errors. For the first time, an attitude control law explicitly enables the nominal closed-loop attitude state error dynamics to be chosen and motivated by useful physical concepts from linear control theory. The text also includes numerical simulations that validate and illustrate the theoretically achieved results.

Este trabalho apresenta a concepção, desenvolvimento e integração de um sistema de integração binocular para rastreamento binocular auxiliado por uma estratégia de atenção que permite selecionar regiões específicas da imagem para rastreamento. Múltiplas regiões são segmentadas sem o conhecimento do conteúdo da cena mediante detecção monocular de movimento no plano de imagem. Pontos detectados são agrupados em alvos cujo interesse para fins de rastreamento é avaliado por função de atenção. Observou-se que o emprego de imagens foveadas reduz consideravelmente a carga computacional requerida pelo processo de segmentação. Atributos de cada alvo são extraídos para emprego na função de atenção, que determina o valor de interesse dos alvos. A função de atenção proposta é a base da estratégia de atenção e resulta na seleção do alvo com maior valor de interesse. Os atributos empregados são a disparidade binocular, o número de pixels do alvo, sua densidade e velocidade no plano de imagem e a duração de sua ocorrência ao longo das imagens. Incertezas nos atributos são desconsideradas pela função de atenção. Os movimentos da cabeça de visão onde o sistema foi implementado consistem em movimentos balísticos, sacádicos e de perseguição suave nos eixos de elevação, e vergências assimétricas. A ativação destes movimentos é definida levando-se em conta características de desempenho do aparato visual antropomórfico. Avaliou-se o desempenho do sistema tanto no rastreamento de diversos alvos rígidos movendo-se em translação de forma controlada contra um fundo estático de textura não homogênea quanto no de uma pessoa deslocand-se e originando múltiplos alvos não rígidos que violam a restrição de translação pura. Os resultados para o primeiro caso demonstraram a manutenção dos alvos rígidos dentro do campo visual de ambas as câmeras. Já os resultados para o segundo caso demonstraram menor robustez a distorções nos padrões de cinza causadas pelo movimento de rotação e de mudança de escala, o que provoca chaveamento excessivo da atenção do sistema. Isto reflete as limitações do poder computacional empregado, uma vez que há grande dificuldade em limitar o movimento entre quadros da pessoa sendo rastreada.

Este trabalho apresenta uma nova metodologia de processamento para a detecção e estimação da velocidade de alvos móveis utilizando imagens multivisada geradas a partir de um radar de abertura sintética (SAR) com um único canal de recepção. A técnica multivisada consiste na geração de imagens a partir de diferentes setores da abertura angular da antena do SAR. Neste trabalho, esta técnica é aplicada na etapa da compressão em azimute do algoritmo range-Doppler, onde um banco de filtros passa-faixa realiza a divisão do espectro azimutal em três visadas simétricas com 50% de sobreposição. Após a operação de corregistro, as visadas são utilizadas pelo algoritmo CAI (Cancellation After Interferometry) para a detecção dos alvos móveis na cena. A estimação da velocidade do alvo em azimute é realizada com base na medição do deslocamento do alvo na imagem de saída do CAI, em particular utilizando duas visadas independentes. A estimação da velocidade do alvo em range é realizada indiretamente através da medição do desvio da frequência Doppler centroide do alvo. Este deslocamento espectral é observado no espectro azimutal dos dados brutos após a correção da migração de células em range. A metodologia proposta foi capaz de atenuar o clutter estacionário da cena em 20dB utilizando o método CAI. As velocidades em ground range da ordem de 6,7km/h a 94,1km/h foram estimadas com um erro máximo de 2,50%, mesmo em cenários com SCR=-20dB (Signal-to-Clutter Ratio). As velocidades em azimute da ordem de 1,8km/h a 93,6km/h foram estimadas com um erro máximo de 12,77%, mesmo em cenários com SCR=-32dB. As simulações foram realizadas em ambiente IDL e utilizaram dados brutos simulados com alvos pontuais e parâmetros reais, adotados de forma a atender aos requisitos do Projeto FINEP 01.10.0588.00 - AeroSAR.

The interest for multirotor unmanned aerial vehicles (UAVs) is currently growing due to their low cost, high maneuverability, simplified mechanics, capability to perform vertical take-off and landing as well as hovering flight. These characteristics make them a promising technology suitable for applications such as surveillance of indoor and urban environments and object transportation. The present work faces the problem of safely controlling the position trajectory of multirotor UAVs by taking into consideration a conic constraint on the total thrust vector and a linear convex constraint on the position vector. The problem is solved using a linear state-space model predictive control (MPC) strategy, whose optimization is made handy by replacing the original conic constraint set on the thrust vector by an inscribed pyramidal space, which renders a linear set of inequalities. The control vector computed by the MPC is converted into a thrust magnitude command and an attitude command. The proposed method is evaluated on the basis of Monte Carlo simulations taking into account a random disturbance force. The simulations show the effectiveness of the method in tracking the commanded trajectory while respecting the imposed control and position constraints. They also predict the effect of both the commanded speed and the maximum inclination constraint on the system performance.

The aim of the present research is to investigate the problem known as Abandoned Object Detection (AOD) in surveillance videos, where stationary objects must be classified as either abandoned or removed. We found four categories of methods to solve the AOD problem, namely, region growing, edge detection, color comparison and image inpainting and investigated all of them. We found the major drawback of each category, from which we derived guidelines that oriented the development of three novel methods. Among these three methods, the proposed method (based on edge detection) measures the ratio of a blob boundary that is covered by edges in the reference image. This method achieved convincing results on 66 test scenarios compared to results of most recent works in the literature, equaling or surpassing these results. Furthermore, we proposed a frame window scheme to combine the information from several frames about a given object in order to provide a robust classification. The experiments show our method achieved and surpassed the state-of-the-art results.

Orientador: Luciano Allegretti Mercadante / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Ciências Aplicadas / Made available in DSpace on 2018-08-25T19:10:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Panhan_AnaCarolina_M.pdf: 2757563 bytes, checksum: ebeb8e5b5eaeca1eea6e2be60ecf9616 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Um dos aspectos importantes nos estudos recentes com basquetebol é a descrição da movimentação dos jogadores, dada pela sua posição em função do tempo, que permite obter as distâncias percorridas e caracterizar o volume dos deslocamentos realizados pelos jogadores durante os jogos. Os objetivos desse trabalho foram: a) analisar as distâncias percorridas pelos jogadores por período de jogo e por jogo, as velocidades médias dos jogadores em bola viva (cronometro ativo) e bola morta (cronometro parado) por período de jogo e por jogo, b) analisar as distâncias percorridas entre as diferentes funções na equipe e verificar as distâncias percorridas pelos jogadores separados por função na equipe em situações de ataque, defesa e transições de ataque e de defesa e c) realizar a Análise por Componentes Principais dos jogadores separados por função, também em situações de ataque, defesa e transições de ataque e de defesa. O sistema DVideo (FEF-Unicamp, Campinas, Brasil) foi usado para obter as distâncias percorridas pelos jogadores de cinco equipes de basquetebol (A, B, C, D e E) em quatro jogos do Novo Basquete Brasil 2011/2012. Os alas-pivôs e pivôs da equipe (A) percorreram uma menor distância se comparados com os outros jogadores durante os quatro jogos analisados, o jogo 2 apresentou um menor valor de distância percorrida se comparado com os outros três jogos pois a duração do mesmo foi inferior aos outros e o último período (quarto) de jogo apresenta valores de distâncias percorridas superiores em relação ao outros períodos (quartos de jogo) pois a duração do mesmo é maior. Tanto para a equipe da casa (A), como para as equipes adversárias (B, C, D e E) foram encontradas diferenças significativas para os valores de distância percorrida entre as situações de jogo de ataque e defesa se comparadas com as transições, tanto de ataque como de defesa, os jogadores tem um maior deslocamento nas transições. Em situação de defesa todas as equipes não apresentaram diferença significativa para a variável excentricidade o que indica que os jogadores em situação de defesa se deslocam mais nas direções látero-laterais da quadra. Na situação de defesa as direções dos eixos principais são próximas as direções transversais da quadra. Os resultados apresentados são ferramentas importantes para técnicos e preparadores físicos de equipes de basquetebol porque ajudam a definir e detalhar o perfil físico e tático individual e coletivo dos jogadores e da equipe / Abstract: One important aspect in recent studies regarding basketball is the description of the players¿ movements as a function of time considering their different positions (i.e., distances covered and displacement velocity), which provides the characterization of volumes and intensities of the efforts made by the players during the games. The aim of this study were: a ) to analyze the distances the players for a period of play and per game average speeds of the live-ball players (active timer ) and dead ball ( timer stopped ) per period of play per game, b ) analyze the distances between the different roles in the team and check the distances the function separated by the team in situations of attack , defense and transitions attack and defense players and c ) perform principal component analysis of the function separated by players , also in case of attack, defense and transitions attack and defense . The Dvideo (FEF - Unicamp , Campinas , Brazil) system was used to obtain the distances the players five basketball teams ( A, B , C , D and E ) in four games Basketball New Brazil 2011/2012 . The power forwards and centers of the team (A) traveled a shorter distance compared to other players during the four games analyzed, Game 2 showed a lower amount of distance traveled when compared with the other three games because its duration was inferior to others and the last period (fourth) game presents higher values of distances traveled compared to other periods (quarters of play) because its duration is greater. So much for the home team (A) , as for the opposing teams ( B , C , D and E ) were significant for values of distance between the situations of the game of attack and defense differences compared with the transitions of attack and defense, players have a greater shift in the transitions. In defense situation all teams showed no significant difference to the eccentricity variable indicating that the players on defense situation moving in directions lateral- most side of the court. In defense situation the directions of the principal axes are near the transverse directions of the court. The results presented are important for coaches and trainers of basketball teams tools because they help define and detail the physical profile and individual and collective tactical players and team / Mestrado / Biodinâmica do Movimento Humano e Esporte / Mestra em Ciências da Nutrição e do Esporte e Metabolismo

Esta dissertação propõe o projeto de um sistema de monitoração veicular (SMV), utilizando o sistema de posicionamento global (GPS) e a telefonia celular. O dispositivo GPS e o telefone celular foram integrados a um microcomputador de bordo (SBC) compacto para uso em sistemas embarcados. A integração resultou em um sistema para monitorar a posição de um veículo de modo a detectar automaticamente se o veículo se afasta de uma distância superior a um valor máximo permitido em uma trajetória ideal prevista.

O filtro de Kalman ée uma ferramenta que tem sido o assunto de várias pesquisas e aplicações, particularmente na área de navegação. Isto se deve basicamente a relativa simplicidade e robustez natural do filtro. Será apresentada neste trabalho análise da aplicação do filtro de Kalman à detecção e rastreamento de alvos móveis. O cenário do trabalho ée composto pelo controle de tráfego aéreo que recebe informações em solo de diferentes tipos de aeronaves via datalink. Será estudada a detecção de duas aeronaves no momento do seu cruzamento. Inicialmente será apresentado o estudo da modelagem de uma aeronave, a simulação da dinâmica látero direcional e as equações da trajetória para um e dois alvos. Em seguinda, será utilizado o filtro de Kalman para rastreio e detecção dos alvos, que é, basicamente, um conjunto de equações matemáticas que implementam um algoritmo corretor/preditor. Foi observado como o erro entre a trajetória real e a estimada ée influenciado pela variação de diversos parâmetros. ÉE feita a análise de sensibilidade em relação aos seguintes parâmetros: covariância do processo, covariância do ruído da medida, taxa de atualização do filtro, velocidade das aeronaves, tempo de perda dos sensores e mudança na manobra. Desde que sejam respeitados os limites de operação dos parâmetros citados anteriormente, os bons resultados qualificam o filtro de Kalman como uma potencial ferramenta para rastreamento e detecção de duas aeronaves no momento de cruzamento.

Este trabalho considera um sistema aéreo autônomo não propulsado, lançado de aeronave, controlado por canards, utilizando guiamento terminal com realimentação visual, cujo objetivo é chegar a um determinado alvo em solo com o menor desvio possível. É desenvolvido o modelo não-linear com seis graus de liberdade do artefato. O sistema de controle é projetado em uma determinada condição de voo e os ganhos obtidos são extrapolados para todo o envelope utilizando técnicas de otimização numérica, dados os requisitos de desempenho desejados. É desenvolvido um simulador de voo baseado em imagens de satélite capaz de gerar imagens de uma câmera embarcada no artefato. É implementado um método de análise das imagens geradas pelo simulador, baseado no método SIFT, capaz de registrar as imagens oblíquas da câmera com imagens ortogonais de satélite de referência. O resultado da análise das imagens permite a obtenção dos erros em azimute e elevação, realimentando o sistema de controle e permitindo o guiamento preciso do artefato até o alvo. O sistema completo é simulado na presença de vento e turbulência com a utilização de quatro configurações de sensores, consistindo de combinações de sistemas de navegação inercial, sistema de posicionamento global por satélites, e câmera de vídeo. O método de análise de imagens proposto e a acurácia das diferentes configurações de sensores são avaliados através de simulação Monte Carlo, quantificando as vantagens e desvantagens do guiamento visual.

As perspectivas de expansão no volume de tráfego aéreo global para os próximos anos criam importantes desafios para os setores de controle e monitoramento. Nesse cenário surge um novo conceito para controle de tráfego aéreo baseado na cooperação das aeronaves denominado ADS-B. A técnica vem sendo difundida com a ajuda de órgãos homologadores de todo o mundo tornando-se popular gradativamente. Baseada na utilização de informações provenientes de sistemas de posicionamento e navegação por satélites, a mesma busca uma integração com os atuais sensores radar para o provimento de informações de maior precisão para monitoramento de tráfego. O presente trabalho avalia a utilização eficiente dos dados de ambos os sensores - radar e ADS-B - através de técnicas de fusão de dados. Fusões do tipo centralizada e descentralizadas são avaliadas mostrando ganhos na estimação de rotas de aeronaves, em ambos os casos, quando da utilização de informações de um sistema GPS simulado. As conclusões apresentadas apontam para o fato de que o sistema pode ser capaz de acomodar o crescimento do tráfego com reduções da distância de separação entre as aeronaves.