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[en] POSITIONING AND CALIBRATION OF A UNDERWATER ROBOTIC MANIPULATOR WITH USE OF COMPUTACIONAL VISION / [pt] POSICIONAMENTO E CALIBRAÇÃO DE UM MANIPULADOR ROBÓTICO SUBMARINO COM USO DE VISÃO COMPUTACIONALMIGUEL ANGELO GASPAR PINTO 22 November 2006 (has links)
[pt] Muitos dos robôs industriais utilizados atualmente seguem
uma programação
baseada em rastreamento de trajetórias. O robô é guiado
por um operador humano para
localizações fixas onde ele atuará. Esses movimentos são,
então, gravados na linguagem
de programação residente no controlador do robô, de forma
que este seja capaz de
repetir as tarefas. Este método pode ser suficiente para,
por exemplo, movimentar
objetos entre locais fixos. Como o robô está treinado para
se movimentar em posições
fixas, todas as partes do manipulador, bem como todos os
objetos que serão
manipulados devem estar em posições bem definidas, ou uma
nova programação deverá
ser feita. Outra metodologia é a de teleoperação, na qual
a movimentação de sistemas
robóticos é executada em modo manual, no qual o operador
trabalha em uma arquitetura
mestre-escravo controlando direta e continuamente as
posições do manipulador. Para
essas tarefas é necessário apenas que o sistema possua um
alto grau de repetibilidade,
uma vez que quaisquer erros absolutos de posicionamento
são visualmente
compensados pelo operador humano. Porém em certas
aplicações robóticas essas
técnicas de programação de manipuladores são impraticáveis
ou insatisfatórias. A
primeira vem a ser impraticável no caso de alta
variabilidade do ambiente onde a tarefa
está sendo feita. O segundo método atribui ao robô uma
precisão absoluta baixa, devido
a própria deficiência da percepção humana. Este trabalho
segue pelas tendências
modernas de automação, as quais vêm colocando uma
crescente ênfase em robôs
guiados por sensores e programação off-line, automatizando
total ou parcialmente
muitas das tarefas a serem executadas. Sensores, como
câmeras ligadas a um sistema de
visão computacional, detectam diferenças entre a posição
real do manipulador e a
posição desejada. Estas diferenças são então enviadas para
os controladores, para que
estes corrijam a trajetória pré-programada. Os comandos de
movimento do manipulador
são programados off-line por um sistema de CAD, sem a
necessidade de ativar o robô,
permitindo maior velocidade em sua validação e na
resolução de problemas.
Apresentam-se neste trabalho metodologias e técnicas para
o posicionamento do
manipulador utilizando-se, para tanto, câmeras em sua
extremidade. Uma vez
posicionado o manipulador em relação ao espaço de
coordenadas do mundo, é possível
deslocá-lo com segurança e precisão em sua área de
trabalho, o que é imprescindível
para automatização de tarefas complexas. O trabalho está
concentrado nas aplicações de
técnicas de visão computacional à calibração de
manipuladores. Como estudo de caso
utiliza-se uma situação real, de um manipulador submarino
de seis graus de liberdade,
para intervenções submarinas em plataformas de petróleo.
Abordam-se a calibração de
câmeras, reconhecimento de padrões, correlação de padrões
em imagens distintas,
estereoscopia, cinemática direta e inversa de
manipuladores e a união de todas estas
técnicas para o posicionamento do manipulador em sua área
de trabalho. / [en] Many of today´s industrial robots are still programmed to
follow trajectories. The
robot is guided by a human operator to the desired fixed
application locations. These
motions are recorded and are later edited, within the
robotic language residing in the
robot controller, and played back, for the robot to be
able to repetitively perform its
task. This methodology is enough to move objects between
fixed locations. As the robot
is trained to move within fixed positions, all manipulator
parts, as well as all the objects
which will be manipulated need to be in well defined
positions, otherwise another
program is needed. Another methodology would be
teleoperation, where the robotic
system`s movements are executed in manual mode, having the
operator working in a
master-slave architecture, controlling direct and
continuously the positions of the robot.
For these tasks it is needed only for the system to have
enough repeatability, once any
absolute positioning errors can be visually compensated by
the human operator. On the
other side, in certain robotic applications, both
programming techniques are either not
practical or inefficient. The first, where the human
operator teaches the trajectories to
the robot, is not possible when there is high variance in
the environment where the task
is being performed. The second method, the teleoperation,
has low absolute accuracy,
due the deficiencies of human perception. This project
follows modern tendencies of
automation, which give increasing emphasis on robots
guided by sensors and off-line
programming, partially or completely automating many of
the tasks to be executed.
Sensors such as cameras eloed to a system of computational
vision detect differences
between the actual and desired position of the
manipulator. This information is sent to
controllers to correct the pre-programated trajectory. The
manipulator movement
commands are programmed off-line by a CAD system, without
need even to turn on the
robot, allowing for greatest speed on its validation, as
well as problem solving. This
work presents methodologies and techniques which allow the
precise positioning of the
manipulator using cameras in its end-effector. Once it is
positioned in relation with the
world frame, it is possible to move the manipulator with
safety and precision its work
area, as is needed for automation of complex tasks. This
work is focused on
computational vision techniques applied for manipulator
calibration. It is based on a real
case of a subsea manipulator of six degrees of freedom,
used for underwater
interventions in oil exploring platforms. The subjects
treated in this work include
camera calibration, pattern recognition, position
tracking, stereopsis, direct and inverse
manipulator kinematics and the union of all techniques for
manipulator positioning in
the work area.
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[en] SCENE TRACKING WITH AUTOMATIC CAMERA CALIBRATION / [pt] ACOMPANHAMENTO DE CENAS COM CALIBRAÇÃO AUTOMÁTICA DE CÂMERASFLAVIO SZENBERG 01 June 2005 (has links)
[pt] É cada vez mais comum, na transmissão de eventos esportivos
pelas emissoras de
televisão, a inserção, em tempo real, de elementos
sintéticos na imagem, como anúncios,
marcações no campo, etc. Geralmente, essa inserção é feita
através do emprego de câmeras
especiais, previamente calibradas e dotadas de dispositivos
que registram seu movimento e a
mudança de seus parâmetros. De posse destas informações, é
simples inserir novos elementos
na cena com a projeção apropriada.
Nesta tese, é apresentado um algoritmo para recuperar, em
tempo real e sem utilizar
qualquer informação adicional, a posição e os parâmetros da
câmera em uma seqüência de
imagens contendo a visualização de modelos conhecidos. Para
tal, é explorada a existência,
nessas imagens, de segmentos de retas que compõem a
visualização do modelo cujas posições
são conhecidas no mundo tridimensional. Quando se trata de
uma partida de futebol, por
exemplo, o modelo em questão é composto pelo conjunto das
linhas do campo, segundo as
regras que definem sua geometria e dimensões.
Inicialmente, são desenvolvidos métodos para a extração de
segmentos de retas longos
da primeira imagem. Em seguida é localizada uma imagem do
modelo no conjunto desses
segmentos com base em uma árvore de interpretação. De posse
desse reconhecimento, é feito
um reajuste nos segmentos que compõem a visualização do
modelo, sendo obtidos pontos de
interesse que são repassados a um procedimento capaz de
encontrar a câmera responsável pela
visualização do modelo. Para a segunda imagem da seqüência
em diante, apenas uma parte
do algoritmo é utilizada, levando em consideração a
coerência entre quadros, a fim de
aumentar o desempenho e tornar possível o processamento em
tempo real.
Entre diversas aplicações que podem ser empregadas para
comprovar o desempenho e
a validade do algoritmo proposto, está uma que captura
imagens através de uma câmera para
demonstrar o funcionamento do algoritmo on line. A
utilização de captura de imagens
permite testar o algoritmo em inúmeros casos, incluindo
modelos e ambientes diferentes. / [en] In the television casting of sports events, it has become
very common to insert
synthetic elements to the images in real time, such as
adds, marks on the field, etc. Usually,
this insertion is made using special cameras, previously
calibrated and provided with features
that record their movements and parameter changes. With
such information, inserting new
objects to the scene with the adequate projection is a
simple task.
In the present work, we will introduce an algorithm to
retrieve, in real time and using
no additional information, the position and parameters of
the camera in a sequence of images
containing the visualization of previously-known models.
For such, the method explores the
existence in these images of straight-line segments that
compose the visualization of the
model whose positions are known in the three-dimensional
world. In the case of a soccer
match, for example, the respective model is composed by
the set of field lines determined by
the rules that define their geometry and dimensions.
Firstly, methods are developed to extract long straight-
line segments from the first
image. Then an image of the model is located in the set
formed by such segments based on an
interpretation tree. With such information, the segments
that compose the visualization of the
model are readjusted, resulting in the obtainment of
interest points which are then passed to a
proceeding able to locate the camera responsible for the
model`s visualization. For the second
image on, only a part of the algorithm is used, taking
into account the coherence between the
frames, with the purpose of improving performance to allow
real-time processing.
Among several applications that can be employed to
evaluate the performance and
quality of the proposed method, there is one that captures
images with a camera to show the
on-line functioning of the algorithm. By using image
capture, we can test the algorithm in a
great variety of instances, including different models and
environments.
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[en] SEISMIC PATTERN RECOGNITION USING TIME-FREQUENCY ANALYSES / [pt] RECONHECIMENTO DE PADRÕES SÍSMICOS UTILIZANDO ANÁLISES TEMPO-FREQÜÊNCIAMARCILIO CASTRO DE MATOS 24 June 2004 (has links)
[pt] Independente da metodologia adotada para realizar análise
de fácies sísmicas, a segmentação temporal e espacial da
região do reservatório deve ser realizada cuidadosamente. A
confiança no resultado da interpretação depende da
complexidade do sistema geológico, da qualidade dos dados
sísmicos, e da experiência do intérprete. Portanto,
qualquer erro de interpretação pode levar a resultados
incoerentes. Especialmente, a análise de fácies sísmicas
utilizando formas de onda do sinal na região do
reservatório é bastante sensível a ruídos de interpretação.
Sabe-se que variações no conteúdo de freqüência dos traços
sísmicos podem estar associadas às informações de
refletividade da sub-superfície. Conseqüentemente, análises
conjuntas em tempo - freqüência podem levar a formas não
convencionais para a caracterização de reservatórios.
Especificamente, esta tese propõe o uso das propriedades em
tempo - freqüência, obtidas através do algoritmo de
matching pursuit, e das singularidades detectadas e
caracterizadas via transformada wavelet, como ferramenta
para detecção de eventos sísmicos e para análise não
supervisionada de fácies sísmicas quando associadas ao
agrupamento dos mapas auto organizáveis de Kohonen. / [en] Independent of the adopted methodology to perform the
seismic facies analysis, the geological oriented spatial
and temporal segmentation of the reservoir region should be
carefully done. Depending on the complexity of the
reservoir system, seismic data quality, and the experience
of the interpreter, the level of confidence in an
interpretation can vary from very high to very low.
Therefore, any interpretation error could lead to wrong or
noisy results. Specially, when using seismic trace shapes,
defined by the values of the seismic samples along each
segmented trace, as the seismic input attributes to the
chosen seismic facies algorithm. These facies analysis
artifacts are introduced because seismic waveform in the
reservoir delimited area changes quickly as a function of
the interpretation, then waveforms with almost the same
shape could be assigned to different classes due only to
their different phases. It is known that variations of the
frequency content of a seismic trace with time carry
information about the properties of the subsurface
reflectivity sequence. Consequently, seismic trace time-
frequency analyses could provide an unconventional way to
reservoir characterization. Specifically, in this work we
propose to use the time-frequency properties of the atoms
obtained after the matching pursuit signal representation
and the singularities identified by wavelet transform,
jointly with Self Organizing Maps as an unsupervised seismic
facies analyses system.
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Algoritmos Evolutivos aplicados ao Classificador baseado em Segmentos de Reta / Evolutive Algorithms applied to the Straight Line Segment ClassifierRosario Alejandra Medina Rodríguez 03 July 2012 (has links)
Nos ultimos anos o uso de tecnicas de aprendizado computacional tornou se uma das tarefas comumente realizadas, pois tem inumeras aplicacoes de reconhecimento de padroes, tais como: reco- nhecimento de voz, classificacao de texto, reconhecimento facial, diagnostico por imagens medicas, entre outras. Dessa forma, um grande numero de tecnicas que lidam com este tipo de problema tem sido desenvolvido ate o momento. Neste trabalho apresentamos uma alternativa para melhorar a taxa acerto de classificacao do classificador binario SLS, que apresentou resultados comparaveis com as SVMs. Nesse metodo, o Gradiente Descendente e utilizado para otimizar a posicao final dos conjuntos de segmentos de reta que representarao cada classe. Embora convirja rapidamente a um valor otimo, muitas vezes e possivel o algoritmo parar em uma regiao de otimos locais, que nao representa o minimo global. Dado esse problema, foram utilizados diferentes algoritmos evolutivos em combinacao com o Gradiente Descendente a fim de melhorar a acuracia do classificador SLS. Adicionalmente a aplicacao de algoritmos evolutivos na fase de treinamento do classificador SLS, foram exploradas duas propostas: (i) explorar o uso de diferente numero de segmentos de reta para representar a distribuicao de dados de cada classe. Dado que no algoritmo original do metodo SLS o numero de segmentos de reta e igual para cada classe, o qual pode significar alguma perda de acuracia ou sobreposicao dos segmentos de reta; (ii) estimar a melhor combinacao de segmentos de reta a serem usados para cada classe. O uso de diferentes quantidades de segmentos de reta por classe pode ser de ajuda na obtencao de melhores porcentagens de acerto, mas determinar uma quantidade otima que permita representar cada classe, e um trabalho dificil. Assim, usamos o algoritmo X-Means, que e um algoritmo de agrupamento, para estimar o numero de segmentos de reta. As propostas exibiram bons resultados que possibilitam a aplicacao do classificador SLS, com um algoritmo de treinamento hibrido, em problemas reais. / During the past years, the use of machine learning techniques have become into one of the most frequently performed tasks, due to the large amount of pattern recognition applications such as: voice recognition, text classification, face recognition, medical image diagnosis, among others. Thus, a great number of techniques dealing with this kind of problem have been developed until now. In this work, we propose an alternative training algorithm to improve the accuracy of the SLS binary Classifier, which produces good results that can be compared to Support Vector Machines. In that classifier, the Gradient Descent method has been used to optimize the final positions of two sets of straight line segments that represent each class. Although, this method quickly converges to an optimum, it is possible that the algorithm stops at a local optimum region, which does not guarantee a global minimum. Given that problem, we combine evolutive optimization algorithms with the gradient descent method to improve the accuracy of the SLS Classifier. In addition to our proposal of using evolutive algorithms, we also developed two proposals: (i) we explore the use of different number of straight line segments to represent the data distribution. Since the original SLS classifier algorithm uses the same number of segments for each class, which could lead to a loss of accuracy or straight line segments overlapping. So, using different number of segments could be the way to improve the accuracy; (ii) estimate the best combination of straight line segments to represent each class. Finding an optimal combination, can be a very difficult problem, so we propose the X-Means algorithm to determine the number of segments. The proposed methodology showed good results which can be used to solve some other real problems with the SLS classifier using the proposed hybrid training algorithm.
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[en] AN IDENTIFICATION SYSTEM BASED ON IRIS STRUCTURE ANALYSIS / [pt] SISTEMA DE IDENTIFICAÇÃO BASEADA NA ESTRUTURA DA ÍRISRODRIGO DA COSTA NASCIMENTO 28 December 2005 (has links)
[pt] O reconhecimento de humanos pela íris é um dos sistemas
mais seguros de
identificação biométrica e, motivou a construção de um
protótipo de identificação humana
baseada na estrutura da íris. O sistema construído é
composto de um dispositivo de captura
de imagens da íris humana e algoritmos para pré-
processamento da imagem, para a
representação e o reconhecimento. Cada um dos elementos
que compõem o protótipo são
avaliados a partir de dois bancos de dados de imagens de
íris. Os resultados demonstraram
que o dispositivo proposto e os modelos apresentados são
capazes de realizar o
reconhecimento humano através da íris de forma eficiente. / [en] The recognition of human beings for the Iris is one of the
safest systems of biometric
identification. This motivated the construction of a
prototype for identification of human
beings based on the structure of the Iris. The constructed
system is composed of a device
capable to capture images of the Iris and algorithms for
image pre - processing, for the
representation and recognition each element composing the
prototype is evaluated using
two data bases of Iris images. The results have
demonstrated that the prototype and the
presented models are capable to efficiently identify the
human based on Iris structure.
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