Mapping glider habitat in dry eucalypt forests for Montreal Process indicator 1.1: Fragmentation of forest types

Accurate habitat mapping is critical to landscape ecological studies such as required for developing and testing Montreal Process indicator 1.1e, fragmentation of forest types. This task poses a major challenge to remote sensing, especially in mixedspecies, variable-age forests such as dry eucalypt forests of subtropical eastern Australia. In this paper, we apply an innovative approach that uses a small section of one-metre resolution airborne data to calibrate a moderate spatial resolution model (30 m resolution; scale 1:50 000) based on Landsat Thematic Mapper data to estimate canopy structural properties in St Marys State Forest, near Maryborough, south-eastern Queensland. The approach applies an image-processing model that assumes each image pixel is significantly larger than individual tree crowns and gaps to estimate crown-cover percentage, stem density and mean crown diameter. These parameters were classified into three discrete habitat classes to match the ecology of four exudivorous arboreal species (yellowbellied glider Petaurus australis, sugar glider P. breviceps, squirrel glider P. norfolcensis , and feathertail glider Acrobates pygmaeus), and one folivorous arboreal marsupial, the greater glider Petauroides volans. These species were targeted due to the known ecological preference for old trees with hollows, and differences in their home range requirements. The overall mapping accuracy, visually assessed against transects (n = 93) interpreted from a digital orthophoto and validated in the field, was 79% (KHAT statistic = 0.72). The KHAT statistic serves as an indicator of the extent that the percentage correct values of the error matrix are due to ‘true’ agreement verses ‘chance’ agreement. This means that we are able to reliably report on the effect of habitat loss on target species, especially those with a large home range size (e.g. yellow-bellied glider). However, the classified habitat map failed to accurately capture the spatial patterning (e.g. patch size and shape) of stands with a trace or sub-dominance of senescent trees. This outcome makes the reporting of the effects of habitat fragmentation more problematic, especially for species with a small home range size (e.g. feathertail glider). With further model refinement and validation, however, this moderateresolution approach offers an important, cost eff e c t i v e advancement in mapping the age of dry eucalypt forests in the region.

Monitoring the composition and form of urban environments based on the vegetation-impervious surface-soil (VIS) model by sub-pixel analysis techniques

The majority of the world's population now resides in urban environments and information on the internal composition and dynamics of these environments is essential to enable preservation of certain standards of living. Remotely sensed data, especially the global coverage of moderate spatial resolution satellites such as Landsat, Indian Resource Satellite and Systeme Pour I'Observation de la Terre (SPOT), offer a highly useful data source for mapping the composition of these cities and examining their changes over time. The utility and range of applications for remotely sensed data in urban environments could be improved with a more appropriate conceptual model relating urban environments to the sampling resolutions of imaging sensors and processing routines. Hence, the aim of this work was to take the Vegetation-Impervious surface-Soil (VIS) model of urban composition and match it with the most appropriate image processing methodology to deliver information on VIS composition for urban environments. Several approaches were evaluated for mapping the urban composition of Brisbane city (south-cast Queensland, Australia) using Landsat 5 Thematic Mapper data and 1:5000 aerial photographs. The methods evaluated were: image classification; interpretation of aerial photographs; and constrained linear mixture analysis. Over 900 reference sample points on four transects were extracted from the aerial photographs and used as a basis to check output of the classification and mixture analysis. Distinctive zonations of VIS related to urban composition were found in the per-pixel classification and aggregated air-photo interpretation; however, significant spectral confusion also resulted between classes. In contrast, the VIS fraction images produced from the mixture analysis enabled distinctive densities of commercial, industrial and residential zones within the city to be clearly defined, based on their relative amount of vegetation cover. The soil fraction image served as an index for areas being (re)developed. The logical match of a low (L)-resolution, spectral mixture analysis approach with the moderate spatial resolution image data, ensured the processing model matched the spectrally heterogeneous nature of the urban environments at the scale of Landsat Thematic Mapper data.

Sistema de percepção visual para veículos autónomos aéreos

Esta dissertação aborda o problema de detecção e desvio de obstáculos "SAA- Sense And Avoid" em movimento para veículos aéreos. Em particular apresenta contribuições tendo em vista a obtenção de soluções para permitir a utilização de aeronaves não tripuladas em espaço aéreo não segregado e para aplicações civis. Estas contribuições caracterizam-se por: uma análise do problema de SAA em \UAV's - Unmmaned Aerial Vehicles\ civis; a definição do conceito e metodologia para o projecto deste tipo de sistemas; uma proposta de \ben- chmarking\ para o sistema SAA caracterizando um conjunto de "datasets\ adequados para a validação de métodos de detecção; respectiva validação experimental do processo e obtenção de "datasets"; a análise do estado da arte para a detecção de \Dim point features\ ; o projecto de uma arquitectura para uma solução de SAA incorporando a integração de compensação de \ego motion" e respectiva validação para um "dataset" recolhido. Tendo em vista a análise comparativa de diferentes métodos bem como a validação de soluções foi proposta a recolha de um conjunto de \datasets" de informação sensorial e de navegação. Para os mesmos foram definidos um conjunto de experiências e cenários experimentais. Foi projectado e implementado um setup experimental para a recolha dos \datasets" e realizadas experiências de recolha recorrendo a aeronaves tripuladas. O setup desenvolvido incorpora um sistema inercial de alta precisão, duas câmaras digitais sincronizadas (possibilitando análise de informa formação stereo) e um receptor GPS. As aeronaves alvo transportam um receptor GPS com logger incorporado permitindo a correlação espacial dos resultados de detecção. Com este sistema foram recolhidos dados referentes a cenários de aproximação com diferentes trajectórias e condições ambientais bem como incorporando movimento do dispositivo detector. O método proposto foi validado para os datasets recolhidos tendo-se verificado, numa análise preliminar, a detecção do obstáculo (avião ultraleve) em todas as frames para uma distância inferior a 3 km com taxas de sucesso na ordem dos 95% para distâncias entre os 3 e os 4 km. Os resultados apresentados permitem validar a arquitectura proposta para a solução do problema de SAA em veículos aéreos autónomos e abrem perspectivas muito promissoras para desenvolvimento futuro com forte impacto técnico-científico bem como sócio-economico. A incorporação de informa formação de \ego motion" permite fornecer um forte incremento em termos de desempenho.

Exploração da Point Cloud Library aplicada à percepção em sistemas autónomos

A navegação e a interpretação do meio envolvente por veículos autónomos em ambientes não estruturados continua a ser um grande desafio na actualidade. Sebastian Thrun, descreve em [Thr02], que o problema do mapeamento em sistemas robóticos é o da aquisição de um modelo espacial do meio envolvente do robô. Neste contexto, a integração de sistemas sensoriais em plataformas robóticas, que permitam a construção de mapas do mundo que as rodeia é de extrema importância. A informação recolhida desses dados pode ser interpretada, tendo aplicabilidade em tarefas de localização, navegação e manipulação de objectos. Até à bem pouco tempo, a generalidade dos sistemas robóticos que realizavam tarefas de mapeamento ou Simultaneous Localization And Mapping (SLAM), utilizavam dispositivos do tipo laser rangefinders e câmaras stereo. Estes equipamentos, para além de serem dispendiosos, fornecem apenas informação bidimensional, recolhidas através de cortes transversais 2D, no caso dos rangefinders. O paradigma deste tipo de tecnologia mudou consideravelmente, com o lançamento no mercado de câmaras RGB-D, como a desenvolvida pela PrimeSense TM e o subsequente lançamento da Kinect, pela Microsoft R para a Xbox 360 no final de 2010. A qualidade do sensor de profundidade, dada a natureza de baixo custo e a sua capacidade de aquisição de dados em tempo real, é incontornável, fazendo com que o sensor se tornasse instantaneamente popular entre pesquisadores e entusiastas. Este avanço tecnológico deu origem a várias ferramentas de desenvolvimento e interacção humana com este tipo de sensor, como por exemplo a Point Cloud Library [RC11] (PCL). Esta ferramenta tem como objectivo fornecer suporte para todos os blocos de construção comuns que uma aplicação 3D necessita, dando especial ênfase ao processamento de nuvens de pontos de n dimensões adquiridas a partir de câmaras RGB-D, bem como scanners laser, câmaras Time-of-Flight ou câmaras stereo. Neste contexto, é realizada nesta dissertação, a avaliação e comparação de alguns dos módulos e métodos constituintes da biblioteca PCL, para a resolução de problemas inerentes à construção e interpretação de mapas, em ambientes indoor não estruturados, utilizando os dados provenientes da Kinect. A partir desta avaliação, é proposta uma arquitectura de sistema que sistematiza o registo de nuvens de pontos, correspondentes a vistas parciais do mundo, num modelo global consistente. Os resultados da avaliação realizada à biblioteca PCL atestam a sua viabilidade, para a resolução dos problemas propostos. Prova da sua viabilidade, são os resultados práticos obtidos, da implementação da arquitectura de sistema proposta, que apresenta resultados de desempenho interessantes, como também boas perspectivas de integração deste tipo de conceitos e tecnologia em plataformas robóticas desenvolvidas no âmbito de projectos do Laboratório de Sistemas Autónomos (LSA).

Sistema de detecção e localização de veículos subaquáticos

Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores.Área de Especialização de Sistemas Autónomos

Vision based obstacle detection for all-terrain robots

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

In-plane displacement and strain image analysis

Measurements in civil engineering load tests usually require considerable time and complex procedures. Therefore, measurements are usually constrained by the number of sensors resulting in a restricted monitored area. Image processing analysis is an alternative way that enables the measurement of the complete area of interest with a simple and effective setup. In this article photo sequences taken during load displacement tests were captured by a digital camera and processed with image correlation algorithms. Three different image processing algorithms were used with real images taken from tests using specimens of PVC and Plexiglas. The data obtained from the image processing algorithms were also compared with the data from physical sensors. A complete displacement and strain map were obtained. Results show that the accuracy of the measurements obtained by photogrammetry is equivalent to that from the physical sensors but with much less equipment and fewer setup requirements. © 2015Computer-Aided Civil and Infrastructure Engineering.

Study of a 9th century silver earrings set from Mikulčice: corrosion, conservation and maintenance

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Conservação e Restauro

Sistema de visão e laser para percepção em ambientes subaquáticos

A exploração do meio subaquático utilizando visão computacional é ainda um processo complexo. Geralmente são utilizados sistemas de visão baseados em visão stereo, no entanto, esta abordagem apresenta limitações, é pouco precisa e é exigente em termos computacionais quando o meio de operação é o subaquático. Estas limitações surgem principalmente em dois cenários de aplicação: quando existe escassez de iluminação e em operações junto a infraestruturas subaquáticas. Consequentemente, a solução reside na utilização de fontes de informação sensorial alternativas ou complementares ao sistema de visão computacional. Neste trabalho propõe-se o desenvolvimento de um sistema de percepção subaquático que combina uma câmara e um projetor laser de um feixe em linha, onde o projetor de luz estruturada _e utilizado como fonte de informação. Em qualquer sistema de visão computacional, e ainda mais relevante em sistemas baseados em triangulação, a sua correta calibração toma um papel fulcral para a qualidade das medidas obtidas com o sistema. A calibração do sistema de visão laser foi dividida em duas etapas. A primeira etapa diz respeito à calibração da câmara, onde são definidos os parâmetros intrínsecos e os parâmetros extrínsecos relativos a este sensor. A segunda etapa define a relação entre a câmara e o laser, sendo esta etapa necessária para a obtenção de imagens tridimensionais. Assim, um dos principais desafios desta dissertação passou por resolver o problema da calibração inerente a este sistema. Desse modo, foi desenvolvida uma ferramenta que requer, pelo menos duas fotos do padrão de xadrez, com perspectivas diferentes. O método proposto foi caracterizado e validado em ambientes secos e subaquáticos. Os resultados obtidos mostram que o sistema _e preciso e os valores de profundidade obtidos apresentam um erro significativamente baixo (inferiores a 1 mm), mesmo com uma base-line (distância entre a centro óptico da câmara e o plano de incidência do laser) reduzida.

Sistema de mapeamento e localização simultânea para inspecção subaquática

A sequente dissertação resulta do desenvolvimento de um sistema de navegação subaquático para um Remotely Operated Vehicle (ROV). A abordagem proposta consiste de um algoritmo em tempo real baseado no método de Mapeamento e Localização Simultâneo (SLAM) a partir de marcadores em ambientes marinhos não estruturados. SLAM introduz dois principais desafios: (i) reconhecimento dos marcadores provenientes dos dados raw do sensor, (ii) associação de dados. Na detecção dos marcadores foram aplicadas técnicas de visão artificial baseadas na extracção de pontos e linhas. Para testar o uso de features no visual SLAM em tempo real nas operações de inspecção subaquáticas foi desenvolvida uma plataforma modicada do RT-SLAM que integra a abordagem EKF SLAM. A plataforma é integrada em ROS framework e permite estimar a trajetória 3D em tempo real do ROV VideoRay Pro 3E até 30 fps. O sistema de navegação subaquático foi caracterizado num tanque instalado no Laboratório de Sistemas Autónomos através de um sistema stereo visual de ground truth. Os resultados obtidos permitem validar o sistema de navegação proposto para veículos subaquáticos. A trajetória adquirida pelo VideoRay em ambiente controlado é validada pelo sistema de ground truth. Dados para ambientes não estruturados, como um gasoduto, foram adquiridos e obtida respectiva trajetória realizada pelo robô. Os dados apresentados comprovam uma boa precisão e exatidão para a estimativa da posição.

Multifocalidade e Estereopsia

Introdução: A visão binocular proporciona uma interpretação única e tridimensional do mundo. Objectivo: Comparar a estereopsia dos doentes com de lentes intra-oculares (LIO) multifocais implantadas. Métodos: Os autores realizaram um estudo transversal com 40 doentes, que tinham sido submetidos a facoemulsificação com implante de LIO multifocal bilateralmente (26 Restor, 6 tecnis Multifocal e 8 "Mix & Match"). Estudaram a estereopsia de longe com o Vectograph e utilizaram o "Titmus Stereo Test" para perto, nos 3 grupos. Resultados: No grupo 1 (Restor bilateral: idade média 63,38 anos; 4 doentes do sexo masculino e 22 do feminino) obtivemos 80 a 90% de boa estereopsia; no grupo 2 (Tecnis Multifocal bilateral: idade média 73,67 anos; 6 doentes do sexo feminino) registou-se 100% de boa estereopsia e no grupo 3 ("Mix & Match": idade média 74,25 anos; 2 doentes do sexo masculino e 6 do feminino) obteve-se 50 a 75% de boa estereopsia. Conclusões: Os doentes com lentes intra-oculares multifocais similares implantadas bilateralmente obtiveram melhor estereopsia para perto e para longe.

Groundtruth system for underwater benchmarking

Oceans - San Diego, 2013

Thermographic and visible spectrum camera calibration for marine robotic target detection

Oceans - San Diego, 2013