Identificación de imágenes por análisis de texturas utilizando aprendizaje estadístico

Este documento explica la creación, implementación y uso del proyecto de fin de grado, desarrollado dentro del grupo de investigación ISCAR (Ingeniería de Sistemas, Control, Automática y Robótica) de la Facultad de Informática de la Universidad Complutense. El proyecto consiste en la implementación de una aplicación capaz de clasificar texturas extraídas de distintas imágenes mediante técnicas de visión por computador. Dicha aplicación se divide en tres pilares fundamentales: interfaz gráfica de usuario, algoritmos de extracción de características texturales y aprendizaje supervisado mediante una máquina “SVM” (Support Vector Machine). Interfaz gráfica: proporciona al usuario una forma fácil de uso de la aplicación por medio de la visualización gráfica de una imagen con una serie de elementos de configuración para su posterior análisis. Una vez analizada, el usuario si así lo desea, podrá visualizar los resultados de manera intuitiva, así como guardar dichos resultados después de la ejecución de los algoritmos pertinentes. Algoritmos de análisis de texturas: Procede al cálculo de las configuraciones y las muestras provistas por el usuario en la interfaz gráfica como el cálculo de la matriz de co-ocurrencia y el cálculo de los vectores de características (homogeneidad, media, varianza, Entropía, etc…). SVM: Utiliza los vectores de características obtenidos en los cálculos estadísticos de texturas para realizar el proceso de aprendizaje de un clasificador SVM. La aplicación ha sido construida en JAVA haciendo uso de librerías como JNI_SVM-light-6.01, commons-math3-3.0 y WindowsBuilder, para la construcción de la ventana gráfica, cálculo de los métodos estadísticos y máquina de aprendizaje automático. Dicha aplicación se ha utilizado con el objetivo de identificar y clasificar el quiste de Baker mediante imágenes obtenidas por Resonancias Magnéticas de la rodilla.

Generación de lenguaje natural a partir de grafos semánticos

Hoy en día la cantidad de información de la que el mundo dispone es inmensa y la gran mayoría está al alcance de un click gracias a las tecnologías de la información. Muchos de los recursos que existen en Internet están escritos a mano por personas y para personas, pero este hecho tiene muchas limitaciones, como el idioma, el contenido, las expresiones en la comunicación o la disposición de la información en el texto. Todos estos factores influyen en el lector permitiendo entender mejor o peor los conceptos, relaciones e ideas que se expresan. Un ejemplo de un recurso muy utilizado a día de hoy es Wikipedia, que cuenta con más de cinco millones de artículos en inglés y más de un millón en otros doce idiomas entre los cuales se encuentran el castellano, el francés y el alemán. Por otro lado, existen otros recursos que aportan información de otras formas más interesantes desde el punto de vista de la informática, como pueden ser ConceptNet o WordNet. Las ventajas que ofrecen este tipo de recursos son que no disponen de varios lenguajes, es decir el conocimiento está unificado en uno solo, no tienen estructura de texto y se puede automatizar más fácilmente la inserción de nueva información, lo que se traduce en un crecimiento más rápido del conocimiento. Este tipo de recursos son ideales para su uso en aplicaciones informáticas gracias a que no es necesario un proceso de extracción de información de la fuente. Sin embargo, este tipo de información no está pensada para la lectura por parte de un humano, ya que se enfrentaría a muchos datos de golpe y sin un orden lógico para la comprensión, además de carecer de la conjugación propia o traducción a un idioma concreto. Este trabajo tiene como objetivo principal partir de un recurso de información no legible ni manejable por humanos e ideado para el uso por computadoras, y dar lugar a una interpretación de esta información que permita la lectura y comprensión en lenguaje natural por personas. Podemos verlo como un trabajo que posibilita y facilita el entendimiento Máquina-Hombre. Para ello se hace uso de un sistema de generación de lenguaje natural, inteligencia artificial y de la creatividad computacional. Además, este trabajo forma parte de un proyecto mayor, del que hablaremos en la sección 2.5, en el que se generan nuevos conceptos a partir de otros. El papel que desempeña esta aplicación permite describir los nuevos conceptos generados y poder entenderlos. A la hora de abordar el problema de la generación de texto podemos encontrar varias formas de atacar la cuestión, y todas las soluciones se pueden considerar como válidas. Se implementarán sistemas de diferente complejidad y naturaleza, como generadores básicos de textos o generadores con planificación y otras soluciones comunes en este campo como el uso de plantillas y el estudio de las propiedades de los textos generados por los humanos. Por esta razón, en este trabajo se desarrollarán varios métodos y se valorarán según ciertos criterios como la claridad del texto, su organización, o si se ha hecho un buen uso de la gramática o la ortografía. Como objetivos secundarios de este proyecto podemos remarcar la generación de un servicio web que permita que esté disponible la aplicación para su uso, y aporte valor tanto al mundo de la investigación como al del conocimiento. También se valora la semejanza a los generados por humanos.

Reconocimiento de una plataforma para aterrizaje de UAV mediante procesamiento de imágenes

En el año 2016 se vendieron en EE.UU más de un millón de Unmanned Aerial Vehicles (UAVs, Vehículos aéreos no tripulados), casi el doble que el año anterior, país del que se dispone de información. Para el año 2020 se estima que este mercado alcance los 5.600 millones de dólares en todo el mundo, creciendo a un ritmo del 30% anual. Este crecimiento demuestra que existe un mercado en expansión con muchas y diversas oportunidades de investigación. El rango de aplicaciones en los que se utiliza este tipo de vehículos es innumerable. Desde finales del s.XX, los UAVs han estado presentes en multitud de aplicaciones, principalmente en misiones de reconocimiento. Su principal ventaja radica en que pueden ser utilizados en situaciones de alto riesgo sin suponer una amenaza para ningún tripulante. En los últimos años, la fabricación de vehículos asequibles económicamente ha permitido que su uso se extienda a otros sectores. A día de hoy uno de los campos en los que ha adquirido gran relevancia es en agricultura, contribuyendo a la automatización y monitorización de cultivos, pero también se ha extendido su uso a diferentes sistemas, tales como seguridad, cartografía o monitorización, entre otros [1]. Es en esta situación en la que se propone el proyecto SALACOM [2], que explora la posibilidad de utilizar esta tecnología en sistemas de repuesta rápida para la detección y contención de vertidos contaminantes en entornos acuáticos con el apoyo de vehículos autónomos marinos de superficie (USV, Unmanned Surface Vehicles). En el mencionado proyecto se pretende utilizar sistemas UAVs para detectar y analizar las zonas de vertido y proveer la información respecto a la localización y las técnicas de contención adecuadas a los sistemas USV. Una vez se haya realizado el análisis de la situación del vertido, los USV trabajarían conjuntamente con los UAVs para desplegar las barreras de protección seleccionadas en la zona afectada. Para esto, los UAVs o drones, términos similares en lo que respecta a este proyecto y que a lo largo de esta memoria se usarán indistintamente, deben ser capaces de despegar desde los USV y volver a aterrizar sobre ellos una vez realizada su labor. El proyecto que se describe en la presente memoria se centra en la fase de aterrizaje y, más concretamente, en la detección de la plataforma seleccionada como plantilla mediante técnicas de tratamiento de imágenes. Esto serviría como sistema de apoyo para guiar el dron hacia la plataforma para que pueda realizar el descenso correctamente y finalizar así su misión o bien para realizar operaciones de recarga de la batería. El dron está equipado con la correspondiente cámara de visión a bordo, con la que obtiene las imágenes, las procesa e identifica la plataforma para dirigirse hacia ella, si bien, dado que el sistema de procesamiento de imágenes no se encuentra totalmente operativo, este trabajo se centra en el desarrollo de una aplicación software independiente del sistema de visión a bordo del dron, basada en el desarrollo de técnicas de reconocimiento de la plataforma. La plataforma a utilizar proviene de una patente [3], consistente en una figura geométrica con formas características, de muy difícil aparición en entornos de exterior. La figura pintada en negro se halla impresa sobre un panel de fondo blanco de 1m × 1m de superficie. En este trabajo se han explorado diversas opciones disponibles para realizar la identificación de las regiones de interés. El principal objetivo es realizar la selección de una tecnología que pueda cumplir potencialmente con los criterios necesarios para llevar a cabo la tarea y seleccionar los métodos de detección adecuados para realizar la identificación de la figura contenida en la plataforma. Se ha pretendido utilizar tecnologías de fácil uso, amplío soporte y, cuando ha sido posible, de código libre. Todo ello integrado en una aplicación informática, que es la que se presenta en el presente trabajo.

Asistente para composición de música minimalista

Podemos definir como música minimalista toda aquella música que es creada a partir de recursos limitados. Algunas de las características más comunes de esta corriente son el uso de armonías o ritmos constantes, reiteración de frases y utilización de transformaciones lentas. La sencillez que caracteriza a este tipo de música nos permite analizar algunas de estas características computacionalmente. Entre ellas, podemos destacar la utilización de breves figuras melódicas, a las que llamaremos motivos, y el uso de variaciones musicales sobre estos. Con el fin de analizar estas características, se ha desarrollado un asistente de composición musical con el que, a partir de uno o varios motivos, el usuario podrá crear composiciones musicales de carácter minimalista utilizando variaciones automatizadas. El asistente cuenta con una interfaz que permite gestionar los motivos con facilidad, mostrar su partitura, reproducirlos, aplicar variaciones sobre ellos y editarlos de forma manual. Para la parte musical de la aplicación se ha utilizado notación ABC, una notación musical estandarizada muy completa que permite leer y editar música con facilidad.

Un modelo computacional para representar videojuegos multijugador de detectives e implementar el comportamiento de participantes automáticos

En la actualidad, los videojuegos no llegan a alcanzar el nivel de realismo esperado debido, entre otros factores, al trato que se hace del conocimiento de sus personajes. En muchas ocasiones estos personajes no son capaces de actualizar su conocimiento acerca de lo ocurrido convenientemente, dando lugar a situaciones extrañas. Este trabajo aborda el problema de la gestión de conocimiento, el razonamiento y la comunicación entre personajes de videojuego controlados por computador, algo que la industria del entretenimiento interactivo está muy interesada en conseguir para aumentar la jugabilidad y la credibilidad de sus obras. Para explorar las posibilidades de construir personajes con una inteligencia artificial capaz de extraer conocimiento sobre lo que perciben en su entorno, y propagarlo a otros de manera realista, imperfecta o incluso malintencionada, se propone un escenario ficticio propio de un videojuegos multijugador de detectives, donde además de participantes humanos, vamos a explorar la posibilidad de implementar participantes automáticos. El escenario, de temática fantástica y humor, consiste básicamente en un laberinto de un laboratorio donde un grupo de ratones pueden moverse y realizar acciones por la noche. A la mañana siguiente el científico del laboratorio inspeccionará el estado del laberinto e intentará averiguar ratones han causado desperfectos para castigarlos. En este trabajo explicamos el proceso llevado a cabo para modelar este juego y representar computacionalmente el conocimiento y los pasos de razonamiento que deben dar los participantes para jugar de forma plausible al mismo. Con este modelo sentamos las bases de un armazón que permita explorar diferentes estrategias de resolución de problemas ante toda una familia de escenarios posibles donde hay personajes que intercambian información tratando de maximizar su puntuación en el juego. Finalmente se ofrece una solución al problema con ratones que son conscientes de las acciones que pueden acarrear consecuencias que han realizado y por lo tanto mienten en sus declaraciones para evitar ser castigados. Los ratones inocentes pretenden sacar a la luz la verdad. El científico sigue un método de investigación que le lleva a dar con un ratón sospechoso.

Generación de historias centradas en los personajes mediante simulaciones

La Generación automática de historias es un camino que empezó a recorrerse a principios de los años 70. El objetivo de este campo es el de dotar de una cualidad humana, la creatividad, a una inteligencia artificial con el fin de que sea capaz de reproducir esta capacidad y demostrar que es competente para narrar una historia. Si bien es cierto que es un campo sobre el que ya se ha trabajado y debatido en innumerables ocasiones, es igual de cierto que las soluciones dadas no cubren el problema en su totalidad. Intentando aportar un granito de arena a esta investigación, este proyecto trata de crear historias a través de personajes independientes e imprevisibles capaces de controlar de manera autónoma y personal sus propias decisiones con el fin de crear historias variadas dentro de un mismo entorno. Para cumplir este propósito existe un campo concreto que es la Generación de historias a través de Agentes Inteligentes. Estos Agentes representan entidades software con una inteligencia artificial avanzada que les permite percibir su entorno e interactuar con él, comunicándose con otros Agentes mientras tratan de cumplir objetivos específicos que se les presentarán a lo largo de la historia, los cuales provocarán que surjan conflictos de interés entre los distintos Agentes que se resolverán mediante simulaciones, donde se deciden los resultados de estos conflictos que al narrarse generan la historia. Para poder producir esta idea, se desarrolla una aplicación en Java que mediante un sistema de Agentes Inteligentes consigue a través de la planificación de distintos objetivos crear por medio de simulaciones un número relevante de historias variadas. Para ello, se necesitará de la plataforma JADE, que permite interactuar con los agentes, un planificador externo y un simulador capaz de realizar las susodichas simulaciones. Siguiendo este proceso, ya explorado en anteriores investigaciones de esta facultad, se propone un sistema de generación de historias variadas capaz de trabajar con un número mayor de Agentes, así como de generar personajes más profundos y un entorno con mayor complejidad. A través de este sistema se pretende que las historias se produzcan en mundos variados, con numerosos personajes capaces de actuar de manera distinta en cada simulación. Estos personajes contarán con sus propias normas así como sus rasgos y características que los definirán como únicos, serán capaces de interactuar con objetos y tendrán un sistema más variado de generación de frases para reflejarse en la narración, favoreciendo enormemente la diversidad a la hora de generar historias. A continuación, se exponen las pruebas realizadas y las soluciones obtenidas en el desarrollo de la aplicación y se explica el plan de trabajo, documentando las bases técnicas de las tecnologías usadas así como detallando en profundidad el trabajo realizado, con el objetivo de poder continuar este trabajo de investigación o aportar experiencia para futuras investigaciones relacionadas con el tema.