Este projeto consiste no desenvolvimento de um sistema para auto-localização e construção de mapas de ambiente para robôs móveis em um ambiente estruturado, ou seja, que pode ser descrito através de primitivas geométricas. O mapa é construído a partir da reconstrução de imagens adquiridas por um sistema de visão omnidirecional estéreo baseado em um espelho duplo de perfil hiperbólico. A partir de uma única imagem obtida, utilizandose algoritmos de visão estéreo, realiza-se a reconstrução tridimensional do ambiente em torno do robô e, assim, obtêm-se as distâncias de objetos presentes no ambiente ao sistema de visão. A partir da correspondência da reconstrução de várias imagens tomadas em diferentes posições cria-se o mapa do ambiente. Além do mapa global do ambiente o sistema também realiza o cálculo da localização do robô no ambiente utilizando informações obtidas na correspondência da reconstrução da seqüência de imagens e a odometria do robô. O sistema de construção de mapas de ambiente e auto-localização do robô é testado em um ambiente virtual e um ambiente real. Os resultados obtidos tanto na construção do mapa global do ambiente, como na localização do robô, mostram que o sistema é capaz de obter informação com a acuracidade necessária para permitir a sua utilização para navegação de robôs móveis. O tempo computacional necessário para reconstruir as imagens, calcular a posição do robô e criar o mapa global do ambiente possibilita que o sistema desenvolvido seja usado em uma aplicação que necessite da geração do mapa global em um intervalo de tempo na ordem de poucos segundos. Ressalta-se que este projeto teve como ponto de partida um projeto de iniciação científica financiado pela FAPESP. Esse trabalho de iniciação científica foi publicado na forma de um trabalho de conclusão de curso (Oliveira, 2005). / This project aims the development of a system for self localization and environment map building for mobile robots in a structured environment. The map is built from images acquired by an omnidirectional stereo system with a hyperbolic double lobed mirror. From a single acquired image, using stereo vision algorithms, the environment around the robot is tridimensionally reconstruct and the distances of objects in the environment from the system are calculated. From the matching of several reconstructed environments obtained from images taken in different positions the global environment map is created. Besides the global map the system also calculates the localization of the mobile robot using information obtained from the matching of the sequence of image reconstructions and the robot odometry. The map building and robot localization system is tested in virtual and real environments. The computational time required to make the calculation is of the order of few seconds. The results obtained both for the map building and for the robot localization show that the system is capable of generating information with enough accuracy to allow it to be used for mobile robot navigation. This project had as start point a scientific initiation project supported by FAPESP. The scientific initiation project was published as a graduation work (Oliveira, 2005).

[pt] Este trabalho aborda o projeto de antenas omnidirecionais de duplorefletores, onde o refletor principal é obtido a partir de uma geratriz circular. A antena é composta de refletores circularmente simétricos e concêntricos que são alimentados por uma corneta cônica coaxial excitada pelo modo TEM para a produção de polarização vertical. Para realizar este estudo são utilizadas técnicas de síntese e de análise eletromagnética rigorosa. A técnica de análise eletromagnética rigorosa é baseada na associação do Método de Casamento de Modos para representar os campos no interior do alimentador e do Método dos Momentos para solucionar as equações integrais para o campo elétrico e para o campo magnético e determinar a corrente elétrica induzidas sobre as paredes metálicas externas e a amplitude dos modos sobre a abertura da corneta. A técnica de síntese destas antenas é baseada na aplicação dos princípios da Ótica Geométrica para modelar o subrefletor que irá produzir uma distribuição de fase uniforme em uma abertura cônica colocada em frente ao refletor principal com geratriz circular. O estudo exploratório sobre o desempenho destas antenas é dividido em três partes. Na primeira, as soluções fornecidas pela síntese ótica e aproximações para os campos na abertura são utilizadas para identificar configurações de antenas compactas ou que maximizem o ganho ao longo do plano horizontal. Entretanto, pode-se obter uma melhor iluminação da área de cobertura através da inclinação do lobo principal (down tilt). Para reduzir o custo de fabricação de um conjunto de antenas que atendam diferentes áreas de cobertura, pode-se utilizar o mesmo refletor principal e modelar os subrefletores para deslocar a direção de máximo do diagrama. Assim, em uma segunda etapa do estudo paramétrico, são considerados alguns refletores principais, e, para cada um deles, é obtida uma família de subrefletores modelados para deslocar o máximo do diagrama no plano vertical. Esta estratégia se torna efetiva na medida em que o custo de fabricação do subrefletor é menor do que o do refletor principal. Na terceira parte, utilizando o método híbrido composto pelo Método do Casamento de Modos e pelo Método dos Momentos, é feito o modelamento da corneta coaxial TEM com o objetivo de reduzir sua perda de retorno e estender sua banda de operação. Por fim, ainda utilizando este método híbrido, é feita uma análise rigorosa das antenas duplo-refletoras propostas neste trabalho, procurando otimizar o desempenho destas antenas em termos do diagrama de radiação e da perda de retorno. / [en] This work presents a design study of omnidirectional dual-reflector antennas, where the main reflector is obtained from a circular generatrix. The antenna is composed of two concentric circularly symmetric reflectors and it is fed by a coaxial conical horn excited by TEM mode to produce vertical polarization. To obtain the subreflector surface, the study employs a GO synthesis technique to shape the subreflector in order to produce a uniform phase distribution in a conical aperture placed in front of the main reflector. To validate the results, it is employed a rigorous electromagnetic analysis technique based on the association of Mode Matching Technique to represent the fields inside the horn and Method of Moments to solve the integral equations of electric and magnetic fields. The solution of Method of Moments yields the induced electric current on the outer surface of the horn and the amplitude of the modes on the aperture of the horn. The exploratory study is divided in three parts. First, by using the GO approximations for the aperture fields, the geometry parameters are explored to identify compact antenna configurations that maximize the gain along the horizontal plane. However, a more uniform coverage of the ground can be obtained by tilting the main lobe. Thus, in a second step of the parametric study, it is considered a family of designs with the same main reflector and a set of subreflectors that are designed for different tilt angle of main lobe. This strategy is effective to reduce the manufacturing costs of a family of antennas designed to provide different coverage. Third, by using the hybrid method, the TEM coaxial horn is shaped to reduce the return loss and extend its operating band, and, finally, the overall antennas performance is optimized by controlling radiation pattern and return loss.

Orientador: Antonio Maria Garcia Tommaselli / Resumo: A combinação de duas lentes com FOV hiper-hemisférico em posição opostas pode gerar um sistema omnidirecional (FOV 360°) leve, compacto e de baixo custo, como Ricoh Theta S e GoPro Fusion. Entretanto, apenas algumas técnicas e modelos matemáticos para a calibração um sistema com duas lentes hiper-hemisféricas são apresentadas na literatura. Nesta pesquisa, é avaliado e definido um modelo geométrico para calibração de sistemas omnidirecionais compostos por duas lentes hiper-hemisféricas e apresenta-se algumas aplicações com esse tipo de sistema. A calibração das câmaras foi realizada no programa CMC (calibração de múltiplas câmeras) utilizando imagens obtidas a partir de vídeos feitos com a câmara Ricoh Theta S no campo de calibração 360°. A câmara Ricoh Theta S é composto por duas lentes hiper-hemisféricas fisheye que cobrem 190° cada uma. Com o objetivo de avaliar as melhorias na utilização de pontos em comum entre as imagens, dois conjuntos de dados de pontos foram considerados: (1) apenas pontos no campo hemisférico, e (2) pontos em todo o campo de imagem (isto é, adicionar pontos no campo de imagem hiper-hemisférica). Primeiramente, os modelos ângulo equisólido, equidistante, estereográfico e ortogonal combinados com o modelo de distorção Conrady-Brown foram testados para a calibração de um sensor da câmara Ricoh Theta S. Os modelos de ângulo-equisólido e estereográfico apresentaram resultados melhores do que os outros modelos. Portanto, esses dois modelos de projeção for... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The arrangement of two hyper-hemispherical fisheye lenses in opposite position can design a light weight, small and low-cost omnidirectional system (360° FOV), e.g. Ricoh Theta S and GoPro Fusion. However, only a few techniques are presented in the literature to calibrate a dual-fisheye system. In this research, a geometric model for dual-fisheye system calibration was evaluated, and some applications with this type of system are presented. The calibrating bundle adjustment was performed in CMC (calibration of multiple cameras) software by using the Ricoh Theta video frames of the 360° calibration field. The Ricoh Theta S system is composed of two hyper-hemispherical fisheye lenses with 190° FOV each one. In order to evaluate the improvement in applying points in the hyper-hemispherical image field, two data set of points were considered: (1) observations that are only in the hemispherical field, and (2) points in all image field, i.e. adding points in the hyper-hemispherical image field. First, one sensor of the Ricoh Theta S system was calibrated in a bundle adjustment based on the equidistant, equisolid-angle, stereographic and orthogonal models combined with Conrady-Brown distortion model. Results showed that the equisolid-angle and stereographic models can provide better solutions than those of the others projection models. Therefore, these two projection models were implemented in a simultaneous camera calibration, in which the both Ricoh Theta sensors were considered i... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre