Uma Metodologia para o desenvolvimento de aplicações de visão computacional utilizando um projeto conjunto de hardware e software

As tarefas de visão computacional incentivam uma significativa parte da pesquisa em todas as áreas científicas e industriais, entre as quais, cita-se a área voltada para o desenvolvimento de arquiteturas de computadores. A visão computacional é considerada um dos problemas mais desafiadores para a computação de alto desempenho, pois esta requer um grande desempenho, bem como um alto grau de flexibilidade. A flexibilidade é necessária pois a visão computacional abrange aplicações em que há diferentes tarefas a serem realizadas com diferentes necessidades de desempenho. Esta flexibilidade é particularmente importante em sistemas destinados a atuar como ambientes experimentais para novas técnicas de processamento visual ou para a prototipação de novas aplicações. Computação configurável tem demonstrado, por meio de exemplos implementados pela comunidade científica, fornecer uma boa relação entre alto desempenho e flexibilidade necessária para a implementação de diferentes técnicas utilizadas na área de visão computacional. Contudo, poucos esforços de pesquisa têm sido realizados na concepção de sistemas completos visando a solução de um problema de visão computacional, incluindo ambos os requisitos de software e de hardware. O principal objetivo deste trabalho é mostrar que as técnicas e tecnologias disponíveis na área de computação configurável podem ser empregadas para a concepção de um sistema capaz de implementar um grande número de aplicações da área de visão computacional na pesquisa e no ambiente industrial. Entretanto, não é escopo deste trabalho implementar um sistema de computação que seja suficiente para abordar os requerimentos necessários para todas as aplicações em visão computacional, mas os métodos aqui introduzidos podem ser utilizados como uma base geral de implementação de várias tarefas de visão computacional. Este trabalho utiliza ambientes que permitem implementações conjuntas de hardware e software, pois os mesmos facilitam a validação das técnicas aqui apresentadas, por meio da implementação de um estudo de caso, sendo parte deste estudo de caso implementado em software e outra parte em hardware.

WOW!floor: framework de visão computacional

Os tapetes interactivos são uma nova forma de interagir com sistemas informáticos de uma forma natural proporcionando uma experiência inovadora e cativando os utilizadores a interagirem com o conteúdo multimédia apresentado. No entanto é necessário encontrar formas de melhorar as Frameworks para que estas sejam mais flexíveis e fáceis de utilizar, e melhorar os tapetes interactivos para que sejam mais apelativos e mais naturais. Para isso estudou-se vários sistemas de tapetes interactivos de forma a determinar quais as principais funcionalidades das suas Frameworks, quais as arquitecturas de montagem mais favoráveis e que tipos de protótipos são mais comuns. O estudo efectuado levou à construção de sistema interactivo com um custo reduzido e com resultados satisfatórios que nos permitiram verificar que os tapetes interactivos são uma boa aposta para o futuro essencialmente nas áreas de marketing e publicidade, cultura, educação e lazer.

Wow!Table: framework de visão computacional

Orientador: Pedro Filipe Pereira Campos

Comparação da medida de cor de pescado entre sistema de visão computacional e colorímetro convencional no frescor do pescado

A cor da superfície dos alimentos é o primeiro parâmetro de qualidade avaliado pelos consumidores, e é critico para a aceitação do produto, então a medição adequada da cor é uma importante ferramenta. Nesta pesquisa avaliou-se a variação da cor em corvina (Micropogonias furnieri) armazenada em gelo durante 16 dias; os parâmetros de luminosidade (L*), valor cromático a*, valor cromático b*, variação total da cor (ΔE) e croma (C*) foram obtidos por sistema de visão computacional, e por colorímetro Konica Minolta CR-400. O frescor da corvina baseada nas mudanças da cor das brânquias foi avaliado utilizando um sistema de visão computacional. Também se modelou a oxidação da mioglobina em files de burriquete (Pogonias cromis), utilizando os parâmetros de vermelho (valor a* e R). Para registrar as mudanças da cor durante 57,6 h utilizou-se um sistema de visão computacional, a análise química realizou-se determinando a concentração de metamioglobina (%). Na avaliação da cor de corvina armazenada em gelo, o sistema de visão computacional mostrou diferenças significativas para L*, a*, ΔE e C*, enquanto que o colorímetro mostrou diferenças significativas para L* e ΔE, o único parâmetro que não apresentou diferenças entre instrumentos foi ΔE durante a avaliação da corvina armazenada em gelo. O coeficiente de correlação entre os parâmetros da cor (L*, a* e b*) das brânquias da corvina armazenada em gelo pelo tempo de armazenamento foi de 0,9747. O sistema de visão computacional registrou as mudanças da cor em filés de burriquete e se modelaram as mudanças utilizando um modelo exponencial. O sistema de visão computacional mostrou ser mais sensível às mudanças da cor durante a avaliação da cor na corvina armazenada em gelo. É possível prognosticar o tempo de armazenamento da corvina em gelo em função da mudança da cor das brânquias. Assim, foi possível modelar a variação da mioglobina em filés de burriquete utilizando sistemas de visão computacional para registrar ditas mudanças. Os sistemas de visão computacional têm grande capacidade para registrar as mudanças da cor e é possível utiliza-los para avaliar os alimentos em função da cor.

Sistema de visão inteligente de baixo custo para parque de estacionamento

Dissertação de mestrado, Engenharia Elétrica e Eletrónica, Instituto Superior de Engenharia, Universidade do Algarve, 2015

Aquisição por Visão Artificial e Medição Automática de Micro Dureza Vickers

O ensaio de dureza, e mais concretamente o ensaio de micro dureza Vickers, é no universo dos ensaios mecânicos um dos mais utilizados quer seja na indústria, no ensino ou na investigação e desenvolvimento de produto no âmbito das ciências dos materiais. Na grande maioria dos casos, a utilização deste ensaio tem como principal aplicação a caracterização ou controlo da qualidade de fabrico de materiais metálicos. Sendo um ensaio de relativa simplicidade de execução, rapidez e com resultados comparáveis e relacionáveis a outras grandezas físicas das propriedades dos materiais. Contudo, e tratando-se de um método de ensaio cuja intervenção humana é importante, na medição da indentação gerada por penetração mecânica através de um sistema ótico, não deixa de exibir algumas debilidades que daí advêm, como sendo o treino dos técnicos e respetivas acuidades visuais, fenómenos de fadiga visual que afetam os resultados ao longo de um turno de trabalho; ora estes fenómenos afetam a repetibilidade e reprodutibilidade dos resultados obtidos no ensaio. O CINFU possui um micro durómetro Vickers, cuja realização dos ensaios depende de um técnico treinado para a execução do mesmo, apresentando todas as debilidades já mencionadas e que o tornou elegível para o estudo e aplicação de uma solução alternativa. Assim, esta dissertação apresenta o desenvolvimento de uma solução alternativa ao método ótico convencional na medição de micro dureza Vickers. Utilizando programação em LabVIEW da National Instruments, juntamente com as ferramentas de visão computacional (NI Vision), o programa começa por solicitar ao técnico a seleção da câmara para aquisição da imagem digital acoplada ao micro durómetro, seleção do método de ensaio (Força de ensaio); posteriormente o programa efetua o tratamento da imagem (aplicação de filtros para eliminação do ruído de fundo da imagem original), segue-se, por indicação do operador, a zona de interesse (ROI) e por sua vez são identificadas automaticamente os vértices da calote e respetivas distâncias das diagonais geradas concluindo, após aceitação das mesmas, com o respetivo cálculo de micro dureza resultante. Para validação dos resultados foram utilizados blocos-padrão de dureza certificada (CRM), cujos resultados foram satisfatórios, tendo-se obtido um elevado nível de exatidão nas medições efetuadas. Por fim, desenvolveu-se uma folha de cálculo em Excel com a determinação da incerteza associada às medições de micro dureza Vickers. Foram então comparados os resultados nas duas metodologias possíveis, pelo método ótico convencional e pela utilização das ferramentas de visão computacional, tendo-se obtido bons resultados com a solução proposta.

Um sistema de visão para navegação robusta de uma plataforma robótica semi-autônoma

Large efforts have been maden by the scientific community on tasks involving locomotion of mobile robots. To execute this kind of task, we must develop to the robot the ability of navigation through the environment in a safe way, that is, without collisions with the objects. In order to perform this, it is necessary to implement strategies that makes possible to detect obstacles. In this work, we deal with this problem by proposing a system that is able to collect sensory information and to estimate the possibility for obstacles to occur in the mobile robot path. Stereo cameras positioned in parallel to each other in a structure coupled to the robot are employed as the main sensory device, making possible the generation of a disparity map. Code optimizations and a strategy for data reduction and abstraction are applied to the images, resulting in a substantial gain in the execution time. This makes possible to the high level decision processes to execute obstacle deviation in real time. This system can be employed in situations where the robot is remotely operated, as well as in situations where it depends only on itself to generate trajectories (the autonomous case)

Localização de robôs móveis autônomos utilizando fusão sensorial de odometria e visão monocular

The development and refinement of techniques that make simultaneous localization and mapping (SLAM) for an autonomous mobile robot and the building of local 3-D maps from a sequence of images, is widely studied in scientific circles. This work presents a monocular visual SLAM technique based on extended Kalman filter, which uses features found in a sequence of images using the SURF descriptor (Speeded Up Robust Features) and determines which features can be used as marks by a technique based on delayed initialization from 3-D straight lines. For this, only the coordinates of the features found in the image and the intrinsic and extrinsic camera parameters are avaliable. Its possible to determine the position of the marks only on the availability of information of depth. Tests have shown that during the route, the mobile robot detects the presence of characteristics in the images and through a proposed technique for delayed initialization of marks, adds new marks to the state vector of the extended Kalman filter (EKF), after estimating the depth of features. With the estimated position of the marks, it was possible to estimate the updated position of the robot at each step, obtaining good results that demonstrate the effectiveness of monocular visual SLAM system proposed in this paper

Acelerando algoritmos de baixo nível em visão robótica com hardware reconfigurável

A challenge that remains in the robotics field is how to make a robot to react in real time to visual stimulus. Traditional computer vision algorithms used to overcome this problem are still very expensive taking too long when using common computer processors. Very simple algorithms like image filtering or even mathematical morphology operations may take too long. Researchers have implemented image processing algorithms in high parallelism hardware devices in order to cut down the time spent in the algorithms processing, with good results. By using hardware implemented image processing techniques and a platform oriented system that uses the Nios II Processor we propose an approach that uses the hardware processing and event based programming to simplify the vision based systems while at the same time accelerating some parts of the used algorithms

Visão estéreo para auxílio à navegação autônoma em ambientes agrícolas

Pós-graduação em Ciência da Computação - IBILCE

Aplicação da geocomputação a estudos de susceptibilidade de deslizamentos de terra

Esta tese propôs uma metodologia para detecção de áreas susceptíveis a deslizamentos de terra a partir de imagens aéreas, culminando no desenvolvimento de uma ferramenta computacional, denominada SASD/T, para testar a metodologia. Para justificar esta pesquisa, um levantamento sobre os desastres naturais da história brasileira relacionada a deslizamentos de terra e as metodologias utilizadas para a detecção e análise de áreas susceptíveis a deslizamentos de terra foi realizado. Estudos preliminares de visualização 3D e conceitos relacionados ao mapeamento 3D foram realizados. Estereoscopia foi implementada para visualizar tridimensionalmente a região selecionada. As altitudes foram encontradas através de paralaxe, a partir dos pontos homólogos encontrados pelo algoritmo SIFT. Os experimentos foram realizados com imagens da cidade de Nova Friburgo. O experimento inicial mostrou que o resultado obtido utilizando SIFT em conjunto com o filtro proposto, foi bastante significativo ao ser comparado com os resultados de Fernandes (2008) e Carmo (2010), devido ao número de pontos homólogos encontrados e da superfície gerada. Para detectar os locais susceptíveis a deslizamentos, informações como altitude, declividade, orientação e curvatura foram extraídas dos pares estéreos e, em conjunto com as variáveis inseridas pelo usuário, forneceram uma análise de quão uma determinada área é susceptível a deslizamentos. A metodologia proposta pode ser estendida para a avaliação e previsão de riscos de deslizamento de terra de qualquer outra região, uma vez que permite a interação com o usuário, de modo que este especifique as características, os itens e as ponderações necessárias à análise em questão.

Posicionamento dinâmico utilizando controle a estrutura variável e servovisão.

Neste trabalho é apresentado o desenvolvimento de um sistema de posicionamento dinâmico para uma pequena embarcação baseado em controle a estrutura variável com realimentação por visão computacional. Foram investigadas, na literatura, diversas técnicas desenvolvidas e escolheu-se o controle a estrutura variável devido, principalmente, ao modo de acionamento dos propulsores presentes no barco utilizado para os experimentos. Somando-se a isto, foi considerada importante a robustez que a técnica de controle escolhida apresenta, pois o modelo utilizado conta com incerteza em sua dinâmica. É apresentado ainda o projeto da superfície de deslizamento para realizar o controle a estrutura variável. Como instrumento de medição optou-se por utilizar técnicas de visão computacional em imagens capturadas a partir de uma webcam. A escolha por este tipo de sistema deve-se a alta precisão das medições aliada ao seu baixo custo. São apresentadas simulações e experimentos com controle a estrutura variável em tempo discreto utilizando a integral do erro da posição visando eliminar o erro em regime. Para realizar o controle que demanda o estado completo, são comparados quatro estimadores de estado realizados em tempo discreto: derivador aproximado; observador assintótico com uma frequência de amostragem igual a da câmera; observador assintótico com uma frequência de amostragem maior que a da câmera; e filtro de Kalman.

Estudo de porosidade por processamento de imagens aplicada a patologias do concreto

A reação álcali-agregado - RAA é uma patologia de ação lenta que tem sido observada em construções de concreto capaz de comprometer suas estruturas. Sabe-se que a reação álcali-agregado é um fenômeno bastante complexo em virtude da grande variedade de rochas na natureza que são empregadas como agregados no preparo do concreto, podendo cada mineral utilizado afetar de forma distinta a reação ocorrida. Em função dos tipos de estrutura, das suas condições de exposição e dos materiais empregados, a RAA não se comporta sempre da mesma forma, em virtude disto a pesquisa constante neste tema é necessária para o meio técnico e a sociedade. Pesquisas laboratoriais, empíricas e experimentais tem sido rotina em muitos dos estudos da RAA dada ainda à carência de certas definições mais precisas a respeito dos métodos de ensaio, mas também em função da necessidade do melhor conhecimento dos materiais de uso em concretos como os agregados, cimentos, adições, aditivos entre outros e do comportamento da estrutura. Embora técnicas de prevenção possam reduzir significativamente a incidência da RAA, muitas estruturas foram construídas antes que tais medidas fossem conhecidas, havendo no Brasil vários casos de estruturas afetadas, sendo custosos os reparos dessas estruturas. Em estudos recentes sobre o tamanho das partículas de álcali-agregado e sua distribuição foi concluído que o tamanho do agregado está relacionado com o potencial danoso da RAA. Existem ainda indícios de que o tamanho e a distribuição dos poros do concreto também sejam capazes de influenciar o potencial reativo do concreto. Neste trabalho desenvolvemos um Sistema de Visão Artificial (SVA) que, com o uso de técnicas de Processamento de Imagens, é capaz de identificar em imagens de concreto, agregado e poros que atendam em sua forma, às especificações do usuário, possibilitando o cálculo da porosidade e produzindo imagens segmentadas à partir das quais será possível extrair dados relativos à geometria desses elementos. Serão feitas duas abordagens para a obtenção das imagens, uma por Escâner Comercial, que possui vantagens relacionadas à facilidade de aquisição do equipamento, e outra por micro tomógrafo. Uma vez obtidas informações sobre as amostras de concreto, estas podem ser utilizadas para pesquisar a RAA, comparar estruturas de risco com estruturas antigas de forma a melhorar a previsão de risco de ocorrência, bem como serem aplicadas a outras no estudo de outras patologias do concreto menos comuns no nosso país, como o efeito gelo/degelo.