Estudio y mejora de métodos de registro 3D: aceleración sobre unidades de procesamiento gráfico y caracterización del espacio de transformaciones iniciales

Durante los últimos años ha sido creciente el uso de las unidades de procesamiento gráfico, más conocidas como GPU (Graphic Processing Unit), en aplicaciones de propósito general, dejando a un lado el objetivo para el que fueron creadas y que no era otro que el renderizado de gráficos por computador. Este crecimiento se debe en parte a la evolución que han experimentado estos dispositivos durante este tiempo y que les ha dotado de gran potencia de cálculo, consiguiendo que su uso se extienda desde ordenadores personales a grandes cluster. Este hecho unido a la proliferación de sensores RGB-D de bajo coste ha hecho que crezca el número de aplicaciones de visión que hacen uso de esta tecnología para la resolución de problemas, así como también para el desarrollo de nuevas aplicaciones. Todas estas mejoras no solamente se han realizado en la parte hardware, es decir en los dispositivos, sino también en la parte software con la aparición de nuevas herramientas de desarrollo que facilitan la programación de estos dispositivos GPU. Este nuevo paradigma se acuñó como Computación de Propósito General sobre Unidades de Proceso Gráfico (General-Purpose computation on Graphics Processing Units, GPGPU). Los dispositivos GPU se clasifican en diferentes familias, en función de las distintas características hardware que poseen. Cada nueva familia que aparece incorpora nuevas mejoras tecnológicas que le permite conseguir mejor rendimiento que las anteriores. No obstante, para sacar un rendimiento óptimo a un dispositivo GPU es necesario configurarlo correctamente antes de usarlo. Esta configuración viene determinada por los valores asignados a una serie de parámetros del dispositivo. Por tanto, muchas de las implementaciones que hoy en día hacen uso de los dispositivos GPU para el registro denso de nubes de puntos 3D, podrían ver mejorado su rendimiento con una configuración óptima de dichos parámetros, en función del dispositivo utilizado. Es por ello que, ante la falta de un estudio detallado del grado de afectación de los parámetros GPU sobre el rendimiento final de una implementación, se consideró muy conveniente la realización de este estudio. Este estudio no sólo se realizó con distintas configuraciones de parámetros GPU, sino también con diferentes arquitecturas de dispositivos GPU. El objetivo de este estudio es proporcionar una herramienta de decisión que ayude a los desarrolladores a la hora implementar aplicaciones para dispositivos GPU. Uno de los campos de investigación en los que más prolifera el uso de estas tecnologías es el campo de la robótica ya que tradicionalmente en robótica, sobre todo en la robótica móvil, se utilizaban combinaciones de sensores de distinta naturaleza con un alto coste económico, como el láser, el sónar o el sensor de contacto, para obtener datos del entorno. Más tarde, estos datos eran utilizados en aplicaciones de visión por computador con un coste computacional muy alto. Todo este coste, tanto el económico de los sensores utilizados como el coste computacional, se ha visto reducido notablemente gracias a estas nuevas tecnologías. Dentro de las aplicaciones de visión por computador más utilizadas está el registro de nubes de puntos. Este proceso es, en general, la transformación de diferentes nubes de puntos a un sistema de coordenadas conocido. Los datos pueden proceder de fotografías, de diferentes sensores, etc. Se utiliza en diferentes campos como son la visión artificial, la imagen médica, el reconocimiento de objetos y el análisis de imágenes y datos de satélites. El registro se utiliza para poder comparar o integrar los datos obtenidos en diferentes mediciones. En este trabajo se realiza un repaso del estado del arte de los métodos de registro 3D. Al mismo tiempo, se presenta un profundo estudio sobre el método de registro 3D más utilizado, Iterative Closest Point (ICP), y una de sus variantes más conocidas, Expectation-Maximization ICP (EMICP). Este estudio contempla tanto su implementación secuencial como su implementación paralela en dispositivos GPU, centrándose en cómo afectan a su rendimiento las distintas configuraciones de parámetros GPU. Como consecuencia de este estudio, también se presenta una propuesta para mejorar el aprovechamiento de la memoria de los dispositivos GPU, permitiendo el trabajo con nubes de puntos más grandes, reduciendo el problema de la limitación de memoria impuesta por el dispositivo. El funcionamiento de los métodos de registro 3D utilizados en este trabajo depende en gran medida de la inicialización del problema. En este caso, esa inicialización del problema consiste en la correcta elección de la matriz de transformación con la que se iniciará el algoritmo. Debido a que este aspecto es muy importante en este tipo de algoritmos, ya que de él depende llegar antes o no a la solución o, incluso, no llegar nunca a la solución, en este trabajo se presenta un estudio sobre el espacio de transformaciones con el objetivo de caracterizarlo y facilitar la elección de la transformación inicial a utilizar en estos algoritmos.

Guía para el profesor novel (v 1.0)

El título de este trabajo sugiere que su texto fue preparado para que pudiera servir de ayuda al profesor novel. De hecho puede ser útil a quien quiera que se dedique a la profesión docente. El fenómeno fundamental que tiene lugar en las aulas es la adquisición de conocimientos por parte del alumno. El verbo que denota esta actividad se representa con la palabra aprender. La contribución del profesor consiste en conseguir que se aprenda de una forma selectiva, con “gusto” y eficacia. Se han de aprender unas cosas y no otras, se ha disfrutar de lo que se hace y no se ha de perder tiempo. Aunque la única actividad realmente importante es el aprender de los alumnos, los que hablan del asunto, que son los que saben hablar, como profesores, pedagogos, administradores y políticos, casi siempre han examinado el proceso desde su óptica y la denominan enseñar. Así, al proceso que tiene lugar lo llaman enseñanza. Este punto de vista es tan acentuado que ni siquiera existe la palabra aprendanza y ya va siendo hora que alguien la invente. La palabra aprendizaje se usa cuando lo que se aprende es una acción como leer, escribir, correr, nadar, etc. En este trabajo el lector puede encontrar 70 consejos que pueden servir de ayuda al novel profesor en su labor de dirigir la aprendanza de sus alumnos, contando con un bagaje algo más amplio que la simple intuición. En el ejercicio de la docencia todos nos hemos encontrado en situaciones apuradas. Para salir de ellas hemos tenido que optar por utilizar métodos más allá del dominio de la materia. En este trabajo se ofrecen algunos ejemplos de estos métodos que pueden ser utilizados con ventaja. Hay más. Confío que figurarán en sucesivas ediciones. Cada lector tendrá que decidir cuales son los más adecuados a su situación. A lo largo de los 70 consejos existe un talante inspirador. Algo así como si los autores siguieran un meta-consejo que les guíara y se reflejara en todas partes, sin deletrearse en ninguna. Me voy a tomar la libertad de hacerlo yo, sin su permiso. Consejo 0.1 Enamórate de tu profesión. Es preciosa. No hay espectáculo más fabuloso que ver como la mente de un alumno se va abriendo como una flor en primavera y es una gozada saberse parte del proceso. José Miró Nicolau Palma de Mallorca, Junio de 2005.

On the suitability of Prototype Selection methods for kNN classification with distributed data

In the current Information Age, data production and processing demands are ever increasing. This has motivated the appearance of large-scale distributed information. This phenomenon also applies to Pattern Recognition so that classic and common algorithms, such as the k-Nearest Neighbour, are unable to be used. To improve the efficiency of this classifier, Prototype Selection (PS) strategies can be used. Nevertheless, current PS algorithms were not designed to deal with distributed data, and their performance is therefore unknown under these conditions. This work is devoted to carrying out an experimental study on a simulated framework in which PS strategies can be compared under classical conditions as well as those expected in distributed scenarios. Our results report a general behaviour that is degraded as conditions approach to more realistic scenarios. However, our experiments also show that some methods are able to achieve a fairly similar performance to that of the non-distributed scenario. Thus, although there is a clear need for developing specific PS methodologies and algorithms for tackling these situations, those that reported a higher robustness against such conditions may be good candidates from which to start.

Evaluación de la implantación transversal de 4º del Grado en Ingeniería Multimedia, itinerario creación y entretenimiento digital

En esta memoria se describe el proyecto realizado para la evaluación de la implantación transversal del itinerario de Creación y Entretenimiento digital del cuarto curso del Grado en Ingeniería Multimedia de la Escuela Politécnica Superior, como continuación del planteamiento realizado en el proyecto del curso anterior de preparación, coordinación y seguimiento de las asignaturas del citado itinerario (identificador 3013). En el marco creado por los nuevos estudios dentro del EEES, el proyecto ha tenido como objetivos principales la preparación y coordinación de las asignaturas para el desarrollo de la metodología de Aprendizaje Basado en Proyectos (ABP), y la elaboración de las fichas de las asignaturas y el ajuste de recursos disponibles y laboratorios. A partir de la experiencia adquirida en la planificación de cursos previos, se han elaborado las guías docentes de las asignaturas ajustando las del curso anterior. También se presentan los resultados obtenidos en la segunda experiencia llevada a cabo en este curso, expresados en horas de dedicación al proyecto y en grado de satisfacción tanto del alumnado como del profesorado con la metodología ABP. Por último, se ha mantenido la página web informativa del itinerario creada el curso anterior, publicando noticias relacionadas y mejorando diversos aspectos.

Coordinación y seguimiento del Grado en Ingeniería Informática

El fomento de la calidad universitaria es una dimensión clave en el EEES que se basa en sistemas de garantía y mejora de la calidad internos en las universidades y en procedimientos llevados a cabo por agencias de evaluación y acreditación externas a ellas. Además, se resalta que cada vez es más necesario que estas acreditaciones de calidad nacionales se reconozcan fuera del propio país. En este contexto ha surgido la creación de sellos de calidad europeos que están enfocados a determinados sectores científico-técnicos o profesionales que tienen la ventaja de facilitar la comparación transfronteriza y ofrecer a universidades y egresados la posibilidad de demostrar la calidad de sus titulaciones en el ámbito europeo. En el caso de los Grados en Ingeniería Informática es el sello EURO-INF regulado por la European Quality Assurance Network for Informatics Education (EQANIE) el que garantiza que la calidad de los programas en informática se corresponde con los criterios europeos genéricos establecidos y que sus egresados adquieren las competencias definidas para este sello. En esta memoria se explica el trabajo realizado para el proceso de acreditación y solicitud del sello EURO-INF como un doble proceso aprovechando las sinergias entre ambos procedimientos.

Evaluación de la implantación transversal de 2º del grado en Ingeniería Multimedia

En el curso docente 2010-2011 se inició la implantación del grado en Ingeniería Multimedia, título próximo a la Ingeniería Informática, pero enfocada a formar a profesionales capaces de gestionar proyectos Multimedia tanto en el ámbito del ocio como en el de la gestión de contenidos en redes de información. Esta implantación ha sido progresiva, de manera que cada año se iniciaba un curso nuevo de esta titulación, motivo por el cual este año, 2014-2015, es el primer año en el que el título está completamente implantado desde el inicio del curso. Esto nos ha llevado a plantearnos realizar un estudio sobre como están interconectadas las asignaturas en los distintos cursos. Este estudio ha tenido como objetivo averiguar los problemas o carencias de conocimientos que, por un lado tienen los alumnos en 2º curso, y por otro los que se pueden encontrar en 3º, así como establecer las posibles vías de solución a estos problemas, con la finalidad de mejorar el rendimiento en el aprendizaje de los alumnos. También se ha realizado un seguimiento sobre la evaluación de los alumnos realizada en las asignaturas de 2º para contrastar su adecuación al sistema de evaluación continua promovido por el Plan Bolonia.

Evaluación de la implantación transversal de 3º del grado en Ingeniera Multimedia

Durante el presente curso se han llevado a cabo las tareas para la evaluación de la implantación del grado en Ingeniería Multimedia en el marco de los nuevos estudios dentro del EEES, lo cual implica un trabajo extenso de análisis y recopilación del tratamiento concreto que se está dando a la adquisición por parte del alumnado de las diferentes competencias planteadas para cada asignatura en su ficha correspondiente y en la memoria para la solicitud de la verificación del título. Esto ha permitido tener una visión global de cuáles son los medios que se ponen para evaluar dichas competencias y también, desde un punto de vista más cercano, qué calendario de evaluación “ve” el alumno. En esta memoria nos hemos centrado en los aspectos relacionados con el curso tercero del grado.

Protocolo multiplataforma no centralizado para comunicaciones multimedia seguras

En este trabajo se propone y desarrolla una topología en k-hipercubos que resuelve los principales inconvenientes asociados a la topología en hipercubo convencional. Los resultados obtenidos son muy prometedores, con aplicaciones tanto en el campo de la voz sobre IP, como en muchos otros campos que precisen de un intercambio de información muchos a muchos. Sobre la topología propuesta se define el protocolo Darkcube, que es una propuesta de protocolo totalmente distribuido basado en el concepto de darknet, posibilitando la realización de conversaciones muchos a muchos incluyendo audio, vídeo, texto y datos de geoposicionamiento, entre otros. También se propone un método de codificación de coordenadas de geoposicionamiento que resulta especialmente eficiente en el aprovechamiento del ancho de banda sobrante en las comunicaciones muchos a muchos que proporciona Darkcube. Durante el desarrollo de este trabajo, se ha implementado el simulador DarkcubeEmu; herramienta que posibilita la obtención de resultados relevantes en términos de la calidad de la comunicación. Finalmente, utilizando como base el protocolo Darkcube, se propone un protocolo de seguridad que traslada un esquema de infraestructura de clave pública a un protocolo totalmente distribuido, como es Darkcube; garantizando, de esta forma, la confidencialidad en las comunicaciones y la legitimidad de la identidad asociada a cada uno de sus miembros.

Seguimiento y plan de mejora en el Máster Universitario en Ingeniería de Telecomunicación: Criterios, evidencias y resultados

En este trabajo se plantea estudiar los criterios, organizar las evidencias y recopilar los resultados que permiten desarrollar el auto-informe para la acreditación título en la ANECA de Máster Universitario en Ingeniería de Telecomunicación de la Universidad de Alicante. Por ello, la red de investigación en docencia universitaria planteada implica a todas las asignaturas de estos estudios, incluido el Trabajo Fin de Máster. Para alcanzar los objetivos se comienza por la recopilación detallada de los criterios para el desarrollo del auto-informe y la documentación a cumplimentar. En la organización de las evidencias relacionadas con cada uno de los criterios a evaluar, generadas en cada curso de implantación del título, el trabajo se ha centrado en el criterio 6 (Resultados del aprendizaje) y el criterio 7 (Indicadores de satisfacción). Las tablas comparativas elaboradas, donde se resumen los resultados del aprendizaje, facilitan la puesta en común y la concreción de un plan de mejora.

Docencia semipresencial en el Máster en Ingeniería Informática

En este artículo se describe el trabajo realizado por la red de investigación en docencia universitaria denominada “Docencia semipresencial en el Máster en Ingeniería Informática” y que ha pretendido trabajar en las diferentes asignaturas del Máster en Ingeniería Informática de la Universidad de Alicante con el fin de dotarlas de un carácter semipresencial de una forma coordinada e integrada. Se ha creado un grupo de trabajo dentro de la comisión académica del máster y se ha impulsado una colaboración estrecha entre los responsables de todas las asignaturas del Máster en Ingeniería Informática a la hora de usar todos los mecanismos necesarios para dotar a las respectivas asignaturas del carácter semipresencial. Ha sido muy importante el apoyo que se ha tenido del ICE en este sentido, por ejemplo mediante la solicitud y realización de un curso específico sobre bLearning.

Desarrollo de un videojuego basado en procesamiento de imágenes

El objetivo del proyecto consiste en crear un videojuego cuyos niveles se generen a partir del procesamiento de imágenes que el usuario podrá capturar con la cámara del móvil, o que podrá obtener de la galería de fotos del dispositivo. Se realizará una segmentación de la imagen y se extraerán así los elementos a utilizar en el juego, como por ejemplo zonas por las que poder movernos con un personaje, o bien piezas de un puzzle que debamos volver a construir. El videojuego se implementará con el motor Cocos2d-x.

Desarrollo de un videojuego para dispositivos móviles

Los dispositivos móviles se han convertido en una de las principales plataformas para videojuegos. Una de las principales problemáticas al desarrollar aplicaciones para estos dispositivos es la alta fragmentación que existe en cuanto a sistemas operativos y características de la interfaz. Existen determinadas librerías y motores, tanto nativas como multiplataforma, dirigidas a resolver este problema.

Interfaces for Intelligent Environments

Presentaciones de la asignatura Interfaces para Entornos Inteligentes del Máster en Tecnologías de la Informática/Machine Learning and Data Mining.

Contributions to 3D Data Registration and Representation

Nowadays, new computers generation provides a high performance that enables to build computationally expensive computer vision applications applied to mobile robotics. Building a map of the environment is a common task of a robot and is an essential part to allow the robots to move through these environments. Traditionally, mobile robots used a combination of several sensors from different technologies. Lasers, sonars and contact sensors have been typically used in any mobile robotic architecture, however color cameras are an important sensor due to we want the robots to use the same information that humans to sense and move through the different environments. Color cameras are cheap and flexible but a lot of work need to be done to give robots enough visual understanding of the scenes. Computer vision algorithms are computational complex problems but nowadays robots have access to different and powerful architectures that can be used for mobile robotics purposes. The advent of low-cost RGB-D sensors like Microsoft Kinect which provide 3D colored point clouds at high frame rates made the computer vision even more relevant in the mobile robotics field. The combination of visual and 3D data allows the systems to use both computer vision and 3D processing and therefore to be aware of more details of the surrounding environment. The research described in this thesis was motivated by the need of scene mapping. Being aware of the surrounding environment is a key feature in many mobile robotics applications from simple robotic navigation to complex surveillance applications. In addition, the acquisition of a 3D model of the scenes is useful in many areas as video games scene modeling where well-known places are reconstructed and added to game systems or advertising where once you get the 3D model of one room the system can add furniture pieces using augmented reality techniques. In this thesis we perform an experimental study of the state-of-the-art registration methods to find which one fits better to our scene mapping purposes. Different methods are tested and analyzed on different scene distributions of visual and geometry appearance. In addition, this thesis proposes two methods for 3d data compression and representation of 3D maps. Our 3D representation proposal is based on the use of Growing Neural Gas (GNG) method. This Self-Organizing Maps (SOMs) has been successfully used for clustering, pattern recognition and topology representation of various kind of data. Until now, Self-Organizing Maps have been primarily computed offline and their application in 3D data has mainly focused on free noise models without considering time constraints. Self-organising neural models have the ability to provide a good representation of the input space. In particular, the Growing Neural Gas (GNG) is a suitable model because of its flexibility, rapid adaptation and excellent quality of representation. However, this type of learning is time consuming, specially for high-dimensional input data. Since real applications often work under time constraints, it is necessary to adapt the learning process in order to complete it in a predefined time. This thesis proposes a hardware implementation leveraging the computing power of modern GPUs which takes advantage of a new paradigm coined as General-Purpose Computing on Graphics Processing Units (GPGPU). Our proposed geometrical 3D compression method seeks to reduce the 3D information using plane detection as basic structure to compress the data. This is due to our target environments are man-made and therefore there are a lot of points that belong to a plane surface. Our proposed method is able to get good compression results in those man-made scenarios. The detected and compressed planes can be also used in other applications as surface reconstruction or plane-based registration algorithms. Finally, we have also demonstrated the goodness of the GPU technologies getting a high performance implementation of a CAD/CAM common technique called Virtual Digitizing.

Avoiding staff removal stage in optical music recognition: application to scores written in white mensural notation

Staff detection and removal is one of the most important issues in optical music recognition (OMR) tasks since common approaches for symbol detection and classification are based on this process. Due to its complexity, staff detection and removal is often inaccurate, leading to a great number of errors in posterior stages. For this reason, a new approach that avoids this stage is proposed in this paper, which is expected to overcome these drawbacks. Our approach is put into practice in a case of study focused on scores written in white mensural notation. Symbol detection is performed by using the vertical projection of the staves. The cross-correlation operator for template matching is used at the classification stage. The goodness of our proposal is shown in an experiment in which our proposal attains an extraction rate of 96 % and a classification rate of 92 %, on average. The results found have reinforced the idea of pursuing a new research line in OMR systems without the need of the removal of staff lines.