Modelling stereoscopic vision systems for robotic applications

Aquesta tesi s'emmarca dins del projecte CICYT TAP 1999-0443-C05-01. L'objectiu d'aquest projecte és el disseny, implementació i avaluació de robots mòbils, amb un sistema de control distribuït, sistemes de sensorització i xarxa de comunicacions per realitzar tasques de vigilància. Els robots han de poder-se moure per un entorn reconeixent la posició i orientació dels diferents objectes que l'envolten. Aquesta informació ha de permetre al robot localitzar-se dins de l'entorn on es troba per poder-se moure evitant els possibles obstacles i dur a terme la tasca encomanada. El robot ha de generar un mapa dinàmic de l'entorn que serà utilitzat per localitzar la seva posició. L'objectiu principal d'aquest projecte és aconseguir que un robot explori i construeixi un mapa de l'entorn sense la necessitat de modificar el propi entorn. Aquesta tesi està enfocada en l'estudi de la geometria dels sistemes de visió estereoscòpics formats per dues càmeres amb l'objectiu d'obtenir informació geomètrica 3D de l'entorn d'un vehicle. Aquest objectiu tracta de l'estudi del modelatge i la calibració de càmeres i en la comprensió de la geometria epipolar. Aquesta geometria està continguda en el que s'anomena emph{matriu fonamental}. Cal realitzar un estudi del càlcul de la matriu fonamental d'un sistema estereoscòpic amb la finalitat de reduir el problema de la correspondència entre dos plans imatge. Un altre objectiu és estudiar els mètodes d'estimació del moviment basats en la geometria epipolar diferencial per tal de percebre el moviment del robot i obtenir-ne la posició. Els estudis de la geometria que envolta els sistemes de visió estereoscòpics ens permeten presentar un sistema de visió per computador muntat en un robot mòbil que navega en un entorn desconegut. El sistema fa que el robot sigui capaç de generar un mapa dinàmic de l'entorn a mesura que es desplaça i determinar quin ha estat el moviment del robot per tal de emph{localitzar-se} dins del mapa. La tesi presenta un estudi comparatiu dels mètodes de calibració de càmeres més utilitzats en les últimes dècades. Aquestes tècniques cobreixen un gran ventall dels mètodes de calibració clàssics. Aquest mètodes permeten estimar els paràmetres de la càmera a partir d'un conjunt de punts 3D i de les seves corresponents projeccions 2D en una imatge. Per tant, aquest estudi descriu un total de cinc tècniques de calibració diferents que inclouen la calibració implicita respecte l'explicita i calibració lineal respecte no lineal. Cal remarcar que s'ha fet un gran esforç en utilitzar la mateixa nomenclatura i s'ha estandaritzat la notació en totes les tècniques presentades. Aquesta és una de les dificultats principals a l'hora de poder comparar les tècniques de calibració ja què cada autor defineix diferents sistemes de coordenades i diferents conjunts de paràmetres. El lector és introduït a la calibració de càmeres amb la tècnica lineal i implícita proposada per Hall i amb la tècnica lineal i explicita proposada per Faugeras-Toscani. A continuació es passa a descriure el mètode a de Faugeras incloent el modelatge de la distorsió de les lents de forma radial. Seguidament es descriu el conegut mètode proposat per Tsai, i finalment es realitza una descripció detallada del mètode de calibració proposat per Weng. Tots els mètodes són comparats tant des del punt de vista de model de càmera utilitzat com de la precisió de la calibració. S'han implementat tots aquests mètodes i s'ha analitzat la precisió presentant resultats obtinguts tant utilitzant dades sintètiques com càmeres reals. Calibrant cada una de les càmeres del sistema estereoscòpic es poden establir un conjunt de restriccions geomètri ques entre les dues imatges. Aquestes relacions són el que s'anomena geometria epipolar i estan contingudes en la matriu fonamental. Coneixent la geometria epipolar es pot: simplificar el problema de la correspondència reduint l'espai de cerca a llarg d'una línia epipolar; estimar el moviment d'una càmera quan aquesta està muntada sobre un robot mòbil per realitzar tasques de seguiment o de navegació; reconstruir una escena per aplicacions d'inspecció, propotipatge o generació de motlles. La matriu fonamental s'estima a partir d'un conjunt de punts en una imatges i les seves correspondències en una segona imatge. La tesi presenta un estat de l'art de les tècniques d'estimació de la matriu fonamental. Comença pels mètode lineals com el dels set punts o el mètode dels vuit punts, passa pels mètodes iteratius com el mètode basat en el gradient o el CFNS, fins arribar las mètodes robustos com el M-Estimators, el LMedS o el RANSAC. En aquest treball es descriuen fins a 15 mètodes amb 19 implementacions diferents. Aquestes tècniques són comparades tant des del punt de vista algorísmic com des del punt de vista de la precisió que obtenen. Es presenten el resultats obtinguts tant amb imatges reals com amb imatges sintètiques amb diferents nivells de soroll i amb diferent quantitat de falses correspondències. Tradicionalment, l'estimació del moviment d'una càmera està basada en l'aplicació de la geometria epipolar entre cada dues imatges consecutives. No obstant el cas tradicional de la geometria epipolar té algunes limitacions en el cas d'una càmera situada en un robot mòbil. Les diferencies entre dues imatges consecutives són molt petites cosa que provoca inexactituds en el càlcul de matriu fonamental. A més cal resoldre el problema de la correspondència, aquest procés és molt costós en quant a temps de computació i no és gaire efectiu per aplicacions de temps real. En aquestes circumstàncies les tècniques d'estimació del moviment d'una càmera solen basar-se en el flux òptic i en la geometria epipolar diferencial. En la tesi es realitza un recull de totes aquestes tècniques degudament classificades. Aquests mètodes són descrits unificant la notació emprada i es remarquen les semblances i les diferencies entre el cas discret i el cas diferencial de la geometria epipolar. Per tal de poder aplicar aquests mètodes a l'estimació de moviment d'un robot mòbil, aquest mètodes generals que estimen el moviment d'una càmera amb sis graus de llibertat, han estat adaptats al cas d'un robot mòbil que es desplaça en una superfície plana. Es presenten els resultats obtinguts tant amb el mètodes generals de sis graus de llibertat com amb els adaptats a un robot mòbil utilitzant dades sintètiques i seqüències d'imatges reals. Aquest tesi finalitza amb una proposta de sistema de localització i de construcció d'un mapa fent servir un sistema estereoscòpic situat en un robot mòbil. Diverses aplicacions de robòtica mòbil requereixen d'un sistema de localització amb l'objectiu de facilitar la navegació del vehicle i l'execució del les trajectòries planificades. La localització es sempre relativa al mapa de l'entorn on el robot s'està movent. La construcció de mapes en un entorn desconegut és una tasca important a realitzar per les futures generacions de robots mòbils. El sistema que es presenta realitza la localització i construeix el mapa de l'entorn de forma simultània. A la tesi es descriu el robot mòbil GRILL, que ha estat la plataforma de treball emprada per aquesta aplicació, amb el sistema de visió estereoscòpic que s'ha dissenyat i s'ha muntat en el robot. També es descriu tots el processos que intervenen en el sistema de localització i construcció del mapa. La implementació d'aquest processos ha estat possible gràcies als estudis realitzats i presentats prèviament (calibració de càmeres, estimació de la matriu fonamental, i estimació del moviment) sense els quals no s'hauria pogut plantejar aquest sistema. Finalment es presenten els mapes en diverses trajectòries realitzades pel robot GRILL en el laboratori. Les principals contribucions d'aquest treball són: ·Un estat de l'art sobre mètodes de calibració de càmeres. El mètodes són comparats tan des del punt de vista del model de càmera utilitzat com de la precisió dels mètodes. ·Un estudi dels mètodes d'estimació de la matriu fonamental. Totes les tècniques estudiades són classificades i descrites des d'un punt de vista algorísmic. ·Un recull de les tècniques d'estimació del moviment d'una càmera centrat en el mètodes basat en la geometria epipolar diferencial. Aquestes tècniques han estat adaptades per tal d'estimar el moviment d'un robot mòbil. ·Una aplicació de robòtica mòbil per tal de construir un mapa dinàmic de l'entorn i localitzar-se per mitja d'un sistema estereoscòpic. L'aplicació presentada es descriu tant des del punt de vista del maquinari com del programari que s'ha dissenyat i implementat.

Defining the criteria for the evaluation of self-study multimedia language learning materials: do they facilitate or inhibit learner autonomy?

Durant els darrers anys, s’han publicat un gran nombre de materials multimèdia destinats a l’aprenentatge de llengües, la major part dels quals son CD-ROM dissenyats com a cursos per l’autoaprenentatge. Amb aquests materials, els alumnes poden treballar independentment sense l’assessorament d’un professor, i per aquest motiu s’ha afirmat que promouen i faciliten l’aprenentatge autònom. Aquesta relació, però, no es certa, com Phil Benson i Peter Voller 1997:10) han manifestat encertadament:(…) Such claims are often dubious, however, because of the limited range of options and roles offered to the learner. Nevertheless, technologies of education in the broadest sense can be considered to be either more or less supportive of autonomy. The question is what kind of criteria do we apply in evaluating them? En aquest article presentem una investigació conjunta on es defineixen els criteris que poden ser utilitzats per avaluar materials multimèdia en relació a la seva facilitat per permetre l’aprenentatge autònom. Aquests criteris son la base d’un qüestionari que s’ha emprat per avaluar una selecció de CD-ROM destinats a l’autoaprenentatge de llengües. La estructura d’aquest article és la següent: - Una introducció de l’estudi - Els criteris que s’han utilitzar per la creació del qüestionari - Els resultats generals de l’avaluació - Les conclusions que s’han extret i la seva importància pel disseny instructiu multimèdia

Dance movement patterns recognition

"Es tracta d'un projecte dividit en dues parts independents però complementàries, realitzades per autors diferents. Aquest document conté originàriament altre material i/o programari només consultable a la Biblioteca de Ciència i Tecnologia"

Diseño de un diplexor basado en resonadores BAW

Este proyecto plantea el diseño de un diplexor basado en resonadores BAW, pensado para aplicaciones de comunicaciones móviles. Éste permite a los terminales seleccionar los canales de uplink y downlink en sistemas que utilicen duplexado por división en frecuencia. Se plantean tres alternativas de diseño a partir de filtros implementados con resonadores BAW en una topología en escalera. Éstas serán evaluadas y comparadas considerando las pérdidas de inserción, el rechazo fuera de banda y las dimensiones de la estructura obtenida.

Análisis y diseño de un procesador RISC simple para adquisición y proceso de datos

Aquest projecte té com a objectiu l'anàlisi de prestacions de processadors RISC de baix cost i el disseny d'un processador RISC simple per a aplicacions de propòsit general relacionades amb l'adquisició i el procés simple de dades. Com a resultat es presenta el processador SR3C de 32 bits i arquitectura RISC. Aquest processador s'ha descrit i simulat mitjançant el llenguatge de descripció de hardware VHDL i s'ha sintetitzat en una FPGA. El processador està preparat per poder utilitzar-se en SoCs reals gràcies al compliment de l'estàndard de busos Wishbone. A més també es pot utilitzar com plataforma educativa gràcies a l'essamblador i simulador desenvolupats.

Caracterización de juegos basados en agentes móviles: diseño e implementación de un caso práctico y su incorporación en el programa docente de una asignatura de redes de computadores

En aquest projecte s'han classificat i posteriorment caracteritzat els jocs on la tecnologia d'agents mòbils és més òptima. Posteriorment s'ha dissenyat un core per al desenvolupament de jocs d'aquesta tipologia. Mitjançant aquest core s'han implementat el joc del Parchís i el joc del Nim. Aquest últim cas pràctic ha estat realitzat per a l'elaboració d'una pràctica per a l'assignatura de Xarxes de Computadors II. Gràcies als avantatges que ens oferix la tecnologia d'agents mòbils, com la tolerància a fallades i flexibilitat, hem demostrat amb aquest projecte que és òptim utilitzar aquesta tecnologia per a la implementació de jocs.

Una arqueometria del canvi tecnològic: producció i consum d'àmfores durant el canvi d'era en la zona nord de la costa catalana

L’objectiu de la recerca és definir un marc teòric i metodològic per a l’estudi del canvi tecnològic en Arqueologia. Aquest model posa èmfasi en caracteritzar els compromisos que configuren una tecnologia i avaluar-los en funció dels factors de situació —tècnics, econòmics, polítics, socials i ideològics. S’ha aplicat aquest model a un cas d’estudi concret: la producció d’àmfores romanes durant el canvi d’Era en la província Tarraconensis. L’estudi tecnològic dels envasos s’ha realitzat mitjançant diverses tècniques analítiques: Fluorescència de raigs X (FRX), Difracció de raigs X (DRX), Microscòpia òptica (MO) i Microscòpia electrònica de rastreig (MER). Les dades obtingudes permeten, a més, establir els grups de referència per a cada centre productor d’àmfores i, així, identificar la provinença dels individus recuperats en els centres consumidors. Donat que les àmfores en estudi són artefactes dissenyats específicament per a ser estibats en una nau i servir com a envàs de transport, l’estudi inclou la caracterització de les propietats mecàniques de resistència a la fractura i de tenacitat. En aquest sentit, i per primera vegada, s’ha aplicat l’Anàlisi d’Elements Finits (AEF) per a conèixer el comportament dels diferents dissenys d’àmfora en ésser sotmesos a diverses forces d’ús. L’AEF permet simular per ordinador les activitats en què les àmfores haurien participat durant el seu ús i avaluar-ne el seu comportament tècnic. Els resultats mostren una gran adequació entre les formulacions teòriques i el programa analític implementat per a aquest estudi. Respecte el cas d’estudi, els resultats mostren una gran variabilitat en les eleccions tecnològiques preses pels ceramistes de diferents tallers, però també al llarg del període de funcionament d’un mateix taller. L’aplicació del model ha permès proposar una explicació al canvi de disseny de les àmfores romanes.

Art en tres dimensions: construcció de renders 3D amb renders 3D studio max

Treball de recerca realitzat per un alumne d’ensenyament secundari i guardonat amb un Premi CIRIT per fomentar l'esperit científic del Jovent l’any 2008. Existeixen diversos programes informàtics per a la generació d’imatges en format 3D. S’analitza breument l’oferta del mercat actual de la tecnologia de programari més emprada en la producció de gràfics 3D amb ordinador, identificant les vessants positives i negatives de cadascun. Posteriorment s’examina en profunditat el programa 3D Studio Max, per tal de conèixer-ne les eines de creació d’escenes virtuals i les seves funcionalitats. Finalment s’han desenvolupat projectes d’escenaris 3D en els quals es puguin aplicar els coneixements tècnics obtinguts en la recerca, sempre conceptualitzant aquestes propostes amb un cert criteri artístic.

Caracterización y comparación de las propiedades mecánicas de dos chapas de acero avanzado de alta resistencia (AHSS): TRIP800 y DP800

En el presente trabajo, se lleva a cabo un estudio sobre las propiedades mecánicas de chapa de dos aceros avanzado de alta resistencia. La búsqueda de un modelo teórico que defina su comportamiento en régimen plástico, así como la comparativa de sus resultados con el fin de predecir su comportamiento en etapas de conformado, y ayudar a optimizar los resultados en simulación mediante elementos finitos. También se añade un ejemplo de simulación para ver la importancia de la precisión del cálculo de las propiedades mecánicas en este campo.

Benchmarks i mètriques d'avaluació de plataformes encastades multimèdia

Aquest projecte compara les possibilitats per a aplicacions multimèdia d'algunes de les arquitectures de processador que podem trobar en sistemes encastats. Per fer-ho s'ha seleccionat una sèrie de benchmarks que inclouen una mostra d'aplicacions multimèdia, així com un conjunt de benchmarks que ens permet mesurar aspectes d'un sistema operatiu GNU/Linux. També s'ha determinat quines haurien de ser les principals mètriques a considerar en el context dels sistemes encastats.

Análisis de l'utilitat d'una plataforma digital sincrónica i de l'apropiació conceptual del professorat dels Camps d'Aprenentatge en el marc d'un curs de formació permanent

El projecte pretenia analitzar com l'ús de les noves tecnologies incideixen en un procés de formació permanent per afavorir la participació i l’apropiació de les noves mirades als fenòmens, la innovació en didàctica de les ciències experimentals i les ciències socials. El projecte ha tingut una durada d'un any i s'ha realitzat a Catalunya. En el projecte han intervingut tres formadors de la UAB i els Camps d'Aprenentatge depenents del Departament d'Educació. El desenvolupament del projecte ha tingut lloc en base als materials elaborats o transcrits durant diferents sessions virtuals, en les que s'ha utilitzat una plataforma sincrònica, i en diferents sessions presencials. Els resultats del projecte mostren que tot i que el canvi de les mirades sobre els fenòmens del món és un procés lent, l'us de la plataforma combinada amb sessions presencials, i l'anàlisi i la discussió dels resultats amb els formadors, afavoreix aquest procés de canvi.

Visualización estéreo

En este proyecto se muestran las posibilidades de la visión estéreo para la visualización en monitores tanto de objetos simples como de grandes escenarios, así como su aplicación en juegos o en otros ámbitos como el cine, la geología e incluso la medicina. Para el desarrollo se ha usado una tarjeta con soporte 3d como la Nvidia 7600GT y una pantalla con una tasa de frecuencia alta como una ACER 19 pulgadas a 100Hz. Los resultados sobre la visualización han sido extraídos de las opiniones de un grupo de 20 personas, de diversas profesiones, no relacionadas con los gráficos por ordenador.

Portal-foro para el aprendizaje de lenguas hispano-japonesas

El trabajo descrito en esta memoria es el resultado de un proyecto de colaboración universitaria entre la Universidad Autónoma de Bellaterra, la Universidad Complutense de Madrid y la Keio University Shonan Fujisawa Campus de Japón, cuya finalidad es la de ayudar a estudiantes de lenguas japonesa y española en horas extra escolares a mejorar y practicar sus conocimientos elementales de las lenguas de estudio mediante el empleo de tecnologías Web. Se describe aquí la plataforma seleccionada para el desarrollo de un foro conversacional y otras utilidades que ayudará y reforzará a los estudiantes los conocimientos del idioma japonés suministrados en horarios de clase.

Plataforma de adquisición de imágenes en escenarios virtuales para uso en sistemas de visión

En aquest projecte presentem un mètode per generar bases de imatges de vianants, requerides per a l'entrenament o validació de sistemes d'aprenentatge basats en exemples, en un entorn virtual. S'ha desenvolupat una plataforma que permet simular una navegació d'una càmara en una escena virtual i recuperar el fluxe de vídeo amb el seu groundtruth. Amb l'ús d'aquesta plataforma es suprimeix el procés d'anotació, necesari per obtenir el groundtruth en entorns reals, i es redueixen els costos al treballar en un entorn virtual.

Diseño de antenas UHF para aplicaciones RFID

Aquest projecte es basa en l'estudi, disseny i avaluació d'antenes per a aplicacions RFID a la banda UHF. Les etiquetes RFID estan compostes per un xip i una antena que han de presentar una bona adaptació per a aconseguir màxima transferència de potència. Els dos objectius principals en els diferents fases de disseny de cada antena han estat optimitzar les seves dimensions, i incrementar l'ample de banda.