Decentralized Target Tracking based on Multi-Robot Cooperative Triangulation

Target tracking with bearing-only sensors is a challenging problem when the target moves dynamically in complex scenarios. Besides the partial observability of such sensors, they have limited field of views, occlusions can occur, etc. In those cases, cooperative approaches with multiple tracking robots are interesting, but the different sources of uncertain information need to be considered appropriately in order to achieve better estimates. Even though there exist probabilistic filters that can estimate the position of a target dealing with incertainties, bearing-only measurements bring usually additional problems with initialization and data association. In this paper, we propose a multi-robot triangulation method with a dynamic baseline that can triangulate bearing-only measurements in a probabilistic manner to produce 3D observations. This method is combined with a decentralized stochastic filter and used to tackle those initialization and data association issues. The approach is validated with simulations and field experiments where a team of aerial and ground robots with cameras track a dynamic target.

Field experiments for marine casualty detection with autonomous surface vehicles

In this paper we present a set of field tests for detection of human in the water with an unmanned surface vehicle using infrared and color cameras. These experiments aimed to contribute in the development of victim target tracking and obstacle avoidance for unmanned surface vehicles operating in marine search and rescue missions. This research is integrated in the work conducted in the European FP7 research project Icarus aiming to develop robotic tools for large scale rescue operations. The tests consisted in the use of the ROAZ unmanned surface vehicle equipped with a precision GPS system for localization and both visible spectrum and IR cameras to detect the target. In the experimental setup, the test human target was deployed in the water wearing a life vest and a diver suit (thus having lower temperature signature in the body except hands and head) and was equipped with a GPS logger. Multiple target approaches were performed in order to test the system with different sun incidence relative angles. The experimental setup, detection method and preliminary results from the field trials performed in the summer of 2013 in Sesimbra, Portugal and in La Spezia, Italy are also presented in this work.

Groundtruth system for underwater benchmarking

Oceans - San Diego, 2013

Thermographic and visible spectrum camera calibration for marine robotic target detection

Oceans - San Diego, 2013

Calibration Method for Underwater Visual Ground-Truth System

This work presents an automatic calibration method for a vision based external underwater ground-truth positioning system. These systems are a relevant tool in benchmarking and assessing the quality of research in underwater robotics applications. A stereo vision system can in suitable environments such as test tanks or in clear water conditions provide accurate position with low cost and flexible operation. In this work we present a two step extrinsic camera parameter calibration procedure in order to reduce the setup time and provide accurate results. The proposed method uses a planar homography decomposition in order to determine the relative camera poses and the determination of vanishing points of detected lines in the image to obtain the global pose of the stereo rig in the reference frame. This method was applied to our external vision based ground-truth at the INESC TEC/Robotics test tank. Results are presented in comparison with an precise calibration performed using points obtained from an accurate 3D LIDAR modelling of the environment.

Probabilistic Egomotion for Stereo Visual Odometry

We present a novel approach of Stereo Visual Odometry for vehicles equipped with calibrated stereo cameras. We combine a dense probabilistic 5D egomotion estimation method with a sparse keypoint based stereo approach to provide high quality estimates of vehicle’s angular and linear velocities. To validate our approach, we perform two sets of experiments with a well known benchmarking dataset. First, we assess the quality of the raw velocity estimates in comparison to classical pose estimation algorithms. Second, we added to our method’s instantaneous velocity estimates a Kalman Filter and compare its performance with a well known open source stereo Visual Odometry library. The presented results compare favorably with state-of-the-art approaches, mainly in the estimation of the angular velocities, where significant improvements are achieved.

Probabilistic Stereo Egomotion Transform

In this paper we propose a novel fully probabilistic solution to the stereo egomotion estimation problem. We extend the notion of probabilistic correspondence to the stereo case which allow us to compute the whole 6D motion information in a probabilistic way. We compare the developed approach against other known state-of-the-art methods for stereo egomotion estimation, and the obtained results compare favorably both for the linear and angular velocities estimation.

Acreditação do Laboratório de Metrologia da Frilabo para Ensaios e Calibrações em Temperaturas

O trabalho desenvolvido centrou-se na preparação da acreditação NP EN ISO/IEC 17025 do Laboratório de Metrologia da empresa Frilabo para prestação de serviços na área das temperaturas, no ensaio a câmaras térmicas e na calibração de termómetros industriais. Considerando o âmbito do trabalho desenvolvido, são abordados nesta tese conceitos teóricos sobre temperatura e incertezas bem como considerações técnicas de medição da temperatura e cálculo de incertezas. São também referidas considerações sobre os diferentes tipos de câmaras térmicas e termómetros. O texto apresenta os documentos elaborados pelo autor sobre os procedimentos de ensaio a câmaras térmicas e respetivo procedimento de cálculo da incerteza. Também estão presentes neste texto documentos elaborados pelo autor sobre os procedimentos de calibração de termómetros industriais e respetivo procedimento de cálculo da incerteza. Relativamente aos ensaios a câmara térmicas e calibração de termómetros o autor elaborou os fluxogramas sobre a metodologia da medição da temperatura nos ensaios, a metodologia de medição da temperatura nas calibrações, e respetivos cálculos de incertezas. Nos diferentes anexos estão apresentados vários documentos tais como o modelo de folha de cálculo para tratamento de dados relativos ao ensaio, modelo de folha de cálculo para tratamento de dados relativo às calibrações, modelo de relatório de ensaio, modelo de certificado de calibração, folhas de cálculo para gestão de clientes/equipamentos e numeração automática de relatórios de ensaio e certificados de calibração que cumprem os requisitos de gestão do laboratório. Ainda em anexo constam todas as figuras relativas à monitorização da temperatura nas câmara térmicas como também as figuras da disposição dos termómetros no interior das câmaras térmicas. Todas as figuras que aparecem ao longo do documento que não estão referenciadas são da adaptação ou elaboração própria do autor. A decisão de alargar o âmbito da acreditação do Laboratório de Metrologia da Frilabo para calibração de termómetros, prendeu-se com o facto de que sendo acreditado como laboratório de ensaios na área das temperaturas, a realização da rastreabilidade dos padrões de medida internamente, permitiria uma gestão de recursos otimizada e rentabilizada. A metodologia da preparação de todo o processo de acreditação do Laboratório de Metrologia da Frilabo, foi desenvolvida pelo autor e está expressa ao longo do texto da tese incluindo dados relevantes para a concretização da referida acreditação nos dois âmbitos. A avaliação de todo o trabalho desenvolvido será efetuada pelo o organismo designado IPAC (Instituto Português de Acreditação) que confere a acreditação em Portugal. Este organismo irá auditar a empresa com base nos procedimentos desenvolvidos e nos resultados obtidos, sendo destes o mais importante o Balanço da Melhor Incerteza (BMI) da medição também conhecido por Melhor Capacidade de Medição (MCM), quer para o ensaio às câmaras térmicas, quer para a calibração dos termómetros, permitindo desta forma complementar os serviços prestados aos clientes fidelizados à Frilabo. As câmaras térmicas e os termómetros industriais são equipamentos amplamente utilizados em diversos segmentos industriais, engenharia, medicina, ensino e também nas instituições de investigação, sendo um dos objetivos respetivamente, a simulação de condições específicas controladas e a medição de temperatura. Para entidades acreditadas, como os laboratórios, torna-se primordial que as medições realizadas com e nestes tipos de equipamentos ostentem confiabilidade metrológica1, uma vez que, resultados das medições inadequados podem levar a conclusões equivocadas sobre os testes realizados. Os resultados obtidos nos ensaios a câmaras térmicas e nas calibrações de termómetros, são considerados bons e aceitáveis, uma vez que as melhores incertezas obtidas, podem ser comparadas, através de consulta pública do Anexo Técnico do IPAC, com as incertezas de outros laboratórios acreditados em Portugal. Numa abordagem mais experimental, pode dizer-se que no ensaio a câmaras térmicas a obtenção de incertezas mais baixas ou mais altas depende maioritariamente do comportamento, características e estado de conservação das câmaras, tornando relevante o processo de estabilização da temperatura no interior das mesmas. A maioria das fontes de incerteza na calibração dos termómetros são obtidas pelas características e especificações do fabricante dos equipamentos, que se traduzem por uma contribuição com o mesmo peso para o cálculo da incerteza expandida (a exatidão de fabricante, as incertezas herdadas de certificados de calibração, da estabilidade e da uniformidade do meio térmico onde se efetuam as calibrações). Na calibração dos termómetros as incertezas mais baixas obtêm-se para termómetros de resoluções mais baixas. Verificou-se que os termómetros com resolução de 1ºC não detetavam as variações do banho térmico. Nos termómetros com resoluções inferiores, o peso da contribuição da dispersão de leituras no cálculo da incerteza, pode variar consoante as características do termómetro. Por exemplo os termómetros com resolução de 0,1ºC, apresentaram o maior peso na contribuição da componente da dispersão de leituras. Pode concluir-se que a acreditação de um laboratório é um processo que não é de todo fácil. Podem salientar-se aspetos que podem comprometer a acreditação, como por exemplo a má seleção do ou dos técnicos e equipamentos (má formação do técnico, equipamento que não seja por exemplo adequado à gama, mal calibrado, etc…) que vão efetuar as medições. Se não for bem feita, vai comprometer todo o processo nos passos seguintes. Deve haver também o envolvimento do todos os intervenientes do laboratório, o gestor da qualidade, o responsável técnico e os técnicos, só assim é que é possível chegar à qualidade pretendida e à melhoria contínua da acreditação do laboratório. Outro aspeto importante na preparação de uma acreditação de um laboratório é a pesquisa de documentação necessária e adequada para poder tomar decisões corretas na elaboração dos procedimentos conducentes à referida. O laboratório tem de mostrar/comprovar através de registos a sua competência. Finalmente pode dizer-se que competência é a palavra chave de uma acreditação, pois ela manifesta-se nas pessoas, equipamentos, métodos, instalações e outros aspetos da instituição a que pertence o laboratório sob acreditação.