A detecção e reconhecimento de objetos é uma tarefa fundamental em aplicações relacionadas à navegação autônoma de robôs móveis e veículos inteligentes. Com a evolução tecnológica nos sistemas sensoriais, surgiram equipamentos capazes de detectar e representar os elementos presentes no ambiente de forma tridimensional, em estruturas chamadas nuvem de pontos. Os sensores 3D geralmente capturam um grande volume de pontos em curtos intervalos de tempo, o que demanda técnicas robustas para processamento dessa informação além de tolerância a eventuais ruídos nos dados. Uma abordagem frequentemente utilizada na área de Visão Computacional para redução de dimensionalidade é a extração de features robustas, armazenando um subconjunto de informações representativas e simplificadas do conjunto de dados. Esta tese apresenta uma metodologia de classificação de objetos em nuvens de pontos 3D através da extração de features 3D globais. Foi desenvolvido um novo descritor 3D invariante à escala, translação e rotação denominado 3D-CSD (3D-Contour Sample Distances) para representação da superfície dos objetos presentes no ambiente, e utilizado um método de aprendizado supervisionado para reconhecimento de padrões. Os experimentos realizados envolveram o uso de Redes Neurais Artificiais para o reconhecimento de diferentes classes de objetos, avaliando e validando a metodologia proposta. Os resultados obtidos demostraram a viabilidade da aplicação desta abordagem para o reconhecimento de objetos em sistemas de percepção 3D. / Objects detection and recognition is a critical task in applications for mobile robots and intelligent vehicles autonomous navigation. With the advent of many 3D sensors, environment elements can be detected and represented in three-dimensional mode, in structures known as point clouds. 3D sensors usually capture a large amount of points at high rates, requiring robust techniques to process this information and also deal with noise on input data. A common approach in the Computer Vision field for dimensionality reduction is the use of robust features extraction techniques. This way, only a subset with representative and simplified information from the dataset is processed. This thesis presents a methodology for objects recognition in 3D point clouds using global 3D features extraction. A novel 3D descriptor invariant to scale, translation and rotation named 3D-CSD (3D-Contour Sample Distances) was developed to represent the objects surface, and a supervised learning method used for pattern recognition. The experiments were performed using Artificial Neural Networks for the recognition of different classes of objects, evaluating and validating the proposed methodology. Obtained results demonstrated the feasibility of this approach application for object recognition in 3D perception systems.

A robótica é uma área multidisciplinar que cresce continuamente com a contribuição do avanço científico e aumento frequente do poder computacional do hardware. As pesquisas em robótica estão divididas em diversas linhas de investigação. A visão computacional é uma das linhas de pesquisa de grande interesse devido à farta variedade de métodos e técnicas oferecidas. Um dos maiores desafios para os robôs é descobrir e analisar o ambiente em que estão inseridos. Dentre os principais sensores que podem ser utilizados, as câmeras digitais oferecem um bom benefício: podem ser leves, pequenas e baratas, características fundamentais para alguns robôs. Este trabalho propõe o desenvolvimento e análise de um sistema de visão computacional para rastrear veículos usando sistemas de detecção e classificação de segmentos em imagens. Para atingir os objetivos são investigados métodos de extração de informações das imagens, modelos de atenção visual e modelos de aprendizado bioinspirados para detecção e classificação de veículos. Para a tarefa de atenção visual foram utilizadas as técnicas de geração de mapas de saliência iNVT e VOCUS2, enquanto que para classificação foi empregada a técnicas bag-of-features e finalmente, para o rastreamento do veículo especificado, durante seu percurso em uma rodovia, foi adotada a técnica Camshift com filtro de Kalman. O sistema desenvolvido foi implementado com um robô aéreo e testado com imagens reais contendo diferentes veículos em uma rodovia e os resultados de classificação e rastreamento obtidos foram muito satisfatórios. / Robotics is a multidisciplinary area that continually grows with the contribution of scientific advancement and frequent increase in computational hardware power. Research in robotics are divided into several lines of investigation. Computer vision is one of the research areas of great interest due to the abundant variety of methods and techniques offered. One of the biggest challenges for the robots is to discover and analyze the environment in which they are inserted. Among the main sensors that can be used, digital cameras offer good benefits: they can be lightweitgh, small and cheap, which are fundamental characteristics for some robots. This work undertakes the development and analysis of a computer vision system to track vehicles by detecting and classifying segments in imaging systems. To achieve the objectives, methods on image information extraction, visual attention models and bioinspired learning models were studied for detection and classification of vehicles. For the task of visual attention the INVT and VOCUS2 models were used to generate saliency maps, while for classification was applied the bag-of-features method and finally to track the specified vehicle during its journey on a highway, it was adopted CamShift technique joint with a Kalman filter. The developed system was implemented with an aerial robot and tested with real images containing different vehicles on a highway and the results of classification and tracking obtained were very satisfactory.

O problema da localização consiste em estimar a posição de um robô com relação a algum referencial externo e é parte essencial de sistemas de navegação de robôs e veículos autônomos. A localização baseada em odometria visual destaca-se em relação a odometria de encoders na obtenção da rotação e direção do movimento do robô. Esse tipo de abordagem é também uma escolha atrativa para sistemas de controle de veículos autônomos em ambientes urbanos, onde a informação visual é necessária para a extração de informações semânticas de placas, semáforos e outras sinalizações. Neste contexto este trabalho propõe o desenvolvimento de um sistema de odometria visual utilizando informação visual de uma câmera monocular baseado em reconstrução 3D para estimar o posicionamento do veículo. O problema da escala absoluta, inerente ao uso de câmeras monoculares, é resolvido utilizando um conhecimento prévio da relação métrica entre os pontos da imagem e pontos do mundo em um mesmo plano. / The localization problem consists of estimating the position of the robot with regards to some external reference and it is an essential part of robots and autonomous vehicles navigation systems. Localization based on visual odometry, compared to encoder based odometry, stands out at the estimation of rotation and direction of the movement. This kind of approach is an interesting choice for vehicle control systems in urban environment, where the visual information is mandatory for the extraction of semantic information contained in the street signs and marks. In this context this project propose the development of a visual odometry system based on structure from motion using visual information acquired from a monocular camera to estimate the vehicle pose. The absolute scale problem, inherent with the use of monocular cameras, is achieved using som previous known information regarding the metric relation between image points and points lying on a same world plane.

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

A visãao é o sentido humano mais complexo e importante para os processos de cognição e de interação de um indivíduo com o mundo. Neurofiisiologistas buscam identificar e compreender como funcionam os mecanismos celulares envolvidos neste processo. O sistema visual recebe os sinais de imagens captadas pelos olhos e, por meio de transformações e processamento diversos, integra esses sinais em representações de objetos internos perceptuais. O projeto Olho Virtual consegue reconstruir, em três dimensões, modelos de olhos utilizando córneas reais ou simuladas em computador, reproduzindo suas propriedades ópticas captando imagens de maneira satisfatória. Este trabalho introduz, no projeto Olho Virtual, um modelo computacional de retina baseado no modelo biológico, capaz de reproduzir as propriedades das células cones e bastonetes em suas distribuições radiais e também em suas funcionalidades em particular. Além dessa, é apresentado uma modelagem para reprodução dos campos receptivos das células ganglionares presentes na retina, gerando sinais de saída nos sistemas parvo e magno. Por fim são feitas simulações de experimentos psicofísicos com propósito de verificar a validade da modelagem proposta / The vision is the human sense more complex and important in cognitive processes and the interaction of an individual with the world. Neurophysiologists seek to identify and understand how the cellular mechanisms involved in this process work. The visual system receives the image signals captured by the eyes and, through several transformations and processing, integrate those signals into internal representations of perceptual objects. The project Virtual Eye can reconstruct three-dimensional models of eye corneas using real or simulated on the computer, playing their optical properties capturing images satisfactorily. This work introduces the Virtual Eye project, a computational model of retina-based biological model, able to reproduce the properties of rod and cone cells in their radial distributions and also in its functionality in particular. Besides this, a model is presented for reproduction of the receptive fields of ganglion cells present in the retina, generating output signals in the parvo and magno systems. Finally, simulations are made with psychophysical experiments in order to verify the accuracy of the proposed model

O reconhecimento de padrões de textura em imagens tem sido uma importante ferramenta na área de visão computacional. Isso porque o atributo textura pode revelar características intrínsecas, tornando possível a classificação de um conjunto de imagens semelhantes. Embora a textura seja estudada há mais de meio século, ainda não existe um consenso sobre sua definição e nem mesmo um método de extração de características de textura que seja eficiente para todos os tipos de imagens. Além disso, os métodos da literatura analisam os padrões de textura de maneira global, considerando que uma imagem apresente um conjunto de micropadrões que formam um único padrão global ou homogêneo de textura na imagem. No entanto, alguns tipos de imagens apresentam heterogeneidade em sua composição, ou seja, o conjunto de micropadrões na imagem é responsável por formar mais de um padrão de textura dentro da mesma imagem. Esse tipo de imagens levou ao propósito de investigação deste trabalho. Independentemente do método de extração de característica utilizado, considerar a heterogeneidade do padrão de textura em uma imagem leva a uma melhor representação de suas características. Para melhorar a análise de padrões heterogêneos de textura, três abordagens são propostas: (i) lazy-patch, (ii) combinação de modelos e (iii) modelagem da textura por meio de autômatos celulares inspirados em corrosão alveolar. Os resultados ao aplicar essas abordagens em diferentes conjuntos de imagens de biologia e nanotecnologia, mostraram que a análise de padrões heterogêneos resulta em melhor representatividade de imagens que possuem padrões heterogêneos de textura em sua composição. / Pattern recognition of texture in images has been playing an important role in computer vision area. This is because the texture attribute can reveal intrinsic characteristics, making it possible to classify a set of similar images. Although the texture is studied for over half a century, there is still no consensus on its definition or even a method to extrac texture characteristics that is effective for all types of images. Moreover, literature methods globally analyze the texture patterns, whereas a picture displays a number of micropatterns which form a single homogenous global pattern of texture in the image. However, some types of image display heterogeneity in their composition, that is, the set of micropatterns in the image use to form more than one texture pattern within the same image. Such type of image led to the purpose of this research work. Regardless the feature extraction method used, considering the heterogeneity of the texture pattern in an image leads to better representation of its features. To further improve the analysis of heterogeneous texture patterns, three approaches are proposed: (i) lazy-patch, (ii) combination of models and (iii) texture modeling using cellular automata inspired by pitting corrosion. The results of applying these approaches in different sets of biology and nanotechnology images showed that the analysis of heterogeneous patterns results in better representation of images that have heterogeneous patterns of texture in your composition.

De acordo com a Organização Mundial da Saúde,cerca de 1,2milhões de pessoas no mundo morrem em acidentes de trânsito. Sistemas de assistência ao motorista e veículos autônomos podem diminuir o número de acidentes. Dentre as várias demandas existentes para viabilizar essa tecnologia, sistemas computacionais de percepção ainda permanecem sem uma solução definitiva. Dois deles, detecção de obstáculos e de via navegável, normalmente fazem uso de algoritmos sofisticados como técnicas de aprendizado supervisionado, que mostram resultados impressionantes quando treinados com bases de dados bem definidas e diversificadas.Entretanto, construir, manter e atualizar uma base de dados com exemplos de vários lugares do mundo e em diversas situações é trabalhoso e complexo. Assim, métodos adaptativos e auto-supervisionados mostram-se como boas alternativas para sistemas de detecção do futuro próximo. Neste contexto, esta tese apresenta um método para estimar obstáculose via navegável através de sensores de baixo custo (câmeras estereoscópicas), sem o uso de técnicas de aprendizado de máquina e de diversas suposições normalmente utilizadas por trabalhos já disponíveis na literatura. Esses métodos utilizando sensor estereoscópico foram comparados fazendo uso de sensores do tipo 3D-LIDAR e mostraram resultados semelhantes. Este sistema poderá ser usado como uma fase pré-processamento de dados para melhorar ou viabilizar métodos adaptativos de aprendizado. / World wide, an estimated 1.2million lives are lostin road crashes each year and Advanced Driver Assistance Systems (ADAS) and Self-driving cars promise to reduce this number. Among the various issues to complete this technology, perception systems are still an unsolved issues. Normally two of them, obstacle detection and road detection, make use of sophisticated algorithms such as supervised machine learning methods which can perform with impressive results if it was trained with good data sets. Since it is a complex and an expensive job to create and maintain data bases of scenarios from the entire world, adaptive and/or self-supervised methods are good candidates for detection systems in the near future. Due that, this thesis present a method to estimate obsta- cles and estimate the road terrain using low cost sensors (stereo camera), avoiding supervised machine learning techniques and the most common assumptions used by works presented in literature. These methods were compared with 3D-LIDAR approaches achieving similar results and thus it can be used as a pre-processing step to improve or allow adaptive methods with machine learning systems.

Nesta tese, propomo-nos a analisar efeitos de sentido no discurso de alunos cegos e de professores cegos e videntes. Temos como propósito a educação inclusiva, sob a perspectiva da linguagem e subjetividade do cego no processo de educação formal escolarizada. Buscamos compreender como são produzidos sentidos na experiência pedagógica da inclusão de crianças portadoras de necessidades especiais, tendo em vista trazer elementos para novas significações educacionais. Fundamentamos a pesquisa, principalmente, em conceitos da teoria da Análise de Discurso (AD) de linha francesa, criada por M. Pêcheux e teoria enunciativa de Authier-Revuz, autores que consideram a interface dos campos teóricos da linguagem e da psicanálise de Freud e Lacan, bem como nos estudos que configuram a área da Educação Inclusiva de portadores de deficiência. Trabalhamos com conceitos tais como os de discurso, interdiscurso, intradiscurso; enunciação e heterogeneidade, não-coincidências do dizer, conceitos estes que abrem um leque de articulações com a psicanálise e o complexo campo das questões de identidade, singularidade, subjetividade, bem como da pulsão escópica, implicados na constituição das representações discursivas, tanto dos deficientes visuais como dos videntes. O corpus da pesquisa foi constituído a partir de transcrições de gravações de observações diretas em sala de aula em classes de pré-alfabetização e alfabetização e outros contextos escolares, durante dois anos, e ainda a partir de entrevistas semi-estruturadas, realizadas com alunos cegos em estágio avançado de escolarização, com professores licenciados cego e vidente, atuantes em classes inclusivas, na cidade de Porto Alegre-RS. A análise discursiva, efetivada a partir de recortes destacados, foi conduzida de modo a evidenciar efeitos de sentidos produzidos pelos sujeitos. As conclusões da análise evidenciam a singularidade de cada experiência relacionada à inclusão escolar do cego. Propõe-se a abertura para uma investigação constante e sistemática de avanços e recuos das possibilidades de trabalho em educação inclusiva, de modo que os novos fazeres e relações pedagógicas promovam um contínuo movimento revitalizador do processo educativo, o qual está sempre em construção, quer se trate de cegos, videntes ou portadores de qualquer tipo de diferença. A educação deve ser sempre inclusiva. / In this thesis we propose to analyze the effects of sense in the discourse of blind students and of blind teachers and not blind ones. Our purpose is the inclusive education from the perspective of the language and subjectivity of the blind in the process of formal education in schools. We intend to understand how senses are produced in the pedagogical experience of the inclusion of disabled children, having in mind new educational significations. We based our research, mainly on the concepts of the Discourse AnalysisTheory (AD) from the French line of thinking, created by M.Pêcheux and on the Enunciative Theory by Authier-Revuz who are authors that consider the interface of the theoretical fields of language and Freud and Lacan’s psychoanalysis, as well as on the studies which build the field of Inclusive Education of disabled children. We worked with concepts like the ones of discourse, interdiscourse, intradiscourse, enunciation and heterogeneity, as well as non-coincidence of speech, concepts which establish a wide range of discussions with psychoanalysis and the complex field of identity questions, singularity and subjectivity as well as scopic pulsion, implicated in the discourse representations of visually impaired children and not blind ones. The corpus of this research was based on recorded transcriptions of direct observations in classrooms of prealphabetized and alphabetized as well as on other school contexts during two years. It was carried out also based on semi-structured interviews that were conducted with blind students in a high scolarization level and with graduated blind and not blind teachers, who were working in inclusive classes in the city of Porto Alegre – RS. The discoursive analysis accomplished was based on paper clippings in order to make evident the effects of the senses produced by the subjects. The conclusions of the analysis show the singularity of each experience related to the inclusive process of the blind in school. We propose a constant and systematic investigation of the advances and setbacks of the possibilities of working with inclusive education, aiming at new constructions and pedagogical relationships in order to promote a continuous movement to revitalize the educational process that’s being built, not taking into account if it deals with the deaf, not blind or people with any kind of disability. Education has to be always inclusive.

Esta Tese, vinculada aos Estudos Culturais em Educação, tem como propósito analisar marcas de identificação das pessoas com deficiência visual. O problema de pesquisa que proponho é: Como a reivindicação da identidade, através da cultura, proporciona a construção de marcas de identificação das pessoas com deficiência visual? Para essa investigação, primeiramente, apresento os caminhos metodológicos que trilhei para construir a pesquisa, desde minha trajetória pessoal e acadêmica até os critérios estabelecidos para delimitar o enfoque de análise e os materiais empíricos utilizados. No total analiso nove livros de narrativas autobiográficas e um blog, escritos por pessoas cegas e com baixa visão. Os conceitos que debato são: cultura, marcas de identificação, narrativas, identidades e diferenças. Discuto as condições que tornam possível a emergência de produções culturais de pessoas cegas e com baixa visão, dentre elas, as atuais políticas de inclusão e acessibilidade. Como resultado da análise das narrativas autobiográficas, identifiquei as seguintes marcas: (a) reivindicação de autonomia; (b) diferentes formas de ver o mundo e (c) experiências escolares. Analisei como se constituem essas marcas, além de suas implicações nos processos identitários de pessoas com deficiência visual. Assim, foi possível concluir que essas marcas fomentam e articulam as reivindicações de identidade através da cultura, bem como o incremento de possibilidades de aglutinação grupal e de diferentes modos de percepção sobre as pessoas com deficiência visual. / Esa Tesis, vinculada a los Estudios Culturales en Educación, tiene como proposito analizar marcas de identificación de las personas con discapacidad visual. El problema de investigación que propongo és: Como la reivindicación de la identidad través de la cultura permite la construcción de marcas de identificación de las personas con discapacidad visual? Para esa investigación, primeramente, presento los caminos metodológicos que pasê hasta construir la pesquisa, desde mi trajetória personal y acadêmica hasta los critérios determinados para delimitar el enfoque de análize y los materiales a seren utilizados como corpus analítico. Al todo analizo nueve libros de narrativas autobiográficas y un blog, escritos por personas ciegas y con baja visión. Los conceptos que debato son:: cultura, marcas de identificación, narrativas, identidades y diferenzas. Objetivo discutir las condiciones que tornam posíbles la emergência de produciones culturales de personas ciegas y con baja visión, dentre ellas las atuales políticas de inclusión y accesibilidad. Como resultado de la análize de las narrativas autobiográficas, percibi las seguintes marcas: (a) reivindicación de autonomia; (b) diferentes modos de ver el mondo e (c) experiências escolares. Analizê como se constituen esas marcas, allá de sus implicaciones en los procesos identitários de personas con discapacidad visual. Así, fue posíble concluir que esas marcas fomentam y articulan las reivindicaciones de identidad través de la cultura, bien como el incremento de posibilidades de aglutinación grupal y de diferentes modos de percepción sobre las personas con discapacidad visual.

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