Calibração automática de sistemas de visão estéreo a partir de movimentos desconhecidos

Esta dissertação apresenta um método para calibração automática de um par de câmeras que realiza um movimento desconhecido. O processo de calibração aqui descrito é baseado inteiramente na rigidez da cena observada e na invariabilidade dos parâmetros intrínsecos das câmeras durante o movimento. Não há a necessidade de nenhum artefato de calibração especial. Este trabalho mostra uma abordagem completa, desde o processo de casamento de pontos até a estimação dos parâmetros da câmera. Não é feita nenhuma suposição sobre o movimento das câmeras, tampouco sobre a disposição da cena 3D. Exemplos de aplicações deste método estão nos experimentos onde a calibração das câmeras precisa ser realizada remotamente, dificultando o posicionamento de artefatos de calibração na cena alvo, como é o caso para robôs de exploração interplanetária.

Calibração de câmera digital não métrica-kodak DCS-460

Os equipamentos fotográficos digitais têm inovado a aerofotogrametria no que diz respeito à rapidez na coleta de informações geográficas referenciadas bem como o baixo custo da operação em comparação com os sistemas aerofotogramétricos convencionais. Na geração de produtos cartográficos, utilizando sistemas fotográficos digitais ou convencionais, o conhecimento dos parâmetros que definem a geometria interna da câmara é de fundamental importância. Este trabalho descreve uma das principais metodologias utilizadas atualmente para calibração analítica de câmaras. A câmara utilizada nesse trabalho é uma Kodak DCS460, e pertence à Fundação Universidade Federal do Rio Grande. O processo de calibração foi realizado na Universidade Federal do Paraná, com apoio do Programa de Pós-Graduação em Ciências Geodésicas, e o método utilizado foi o Método das Câmaras Convergentes Através do método paramétrico com injunções, o modelo final utilizado computacionalmente recupera os parâmetros intrínsecos como distância focal calibrada, posição do ponto principal, constantes da distorção radial simétrica e descentrada, bem como a matriz variância-covariância dos resultados obtidos no ajustamento. Os resultados da calibração foram analisados na matriz variância-covariância e foram satisfatórios. Para aplicação dos parâmetros em dados reais, uma imagem da região de Porto Alegre foi utilizada como objeto de estudo para geração de uma ortofoto, que é uma imagem corrigida geometricamente das distorções causadas pela variação de posição e altitude da plataforma. O Modelo Digital do Terreno é uma peça fundamental na geração de uma ortofoto e foi gerado a partir das curvas de nível fornecidas pela Prefeitura Municipal de Porto Alegre. Duas ortofotos foram geradas, a primeira levando em conta apenas o valor nominal da distância focal, e a segunda os parâmetros gerados no processo de calibração. Os resultados obtidos para a focal nominal apresentam resíduos maiores que os determinados com a distância focal calibrada, mostrando a necessidade de aplicação do método de calibração, como queria demonstrar.

Construção, calibração e análise de desempenho de um piranômetro de baixo custo, baseado no modelo Kimball-Hobbs

In this work a pyrometer using the classic model of Kimball-Hobbs was developed, tested and calibrated. The solar radiation is verified through the temperature difference between the sensible elements covered by absorbing (black) and reflecting (white) pigmentations of the incoming radiation. The photoacoustic technique was used to optimize the choice of the pigments. Methodologies associated with linearity, thermo-variation, sensibility, response time and distance are also presented. To correctly classify the results, the international standard ISO 9060 as well as indicative parameters of World Meteorological Organization (WMO) are used. In addition a system of data acquisition of two channels with 12 bits, constructed during the this time, was used to measure the global solar radiation on the ground by the pyrometer and also by another pyrometer certified in the case of Keep & zonen. The results statistically show, through the hypothesis test presented here, that both equipments find population average with 95% of correctness

Parâmetros físico-químicos de estrelas nos campos de exoplanetas do satélite corot

A rotação estelar é um dos mais importantes observáveis da evolução estelar. Neste sentido, o satélite CoRoT representa uma oportunidade única de medir os períodos rotacionais para uma amostra de estrelas estatisticamente robusta, oferecendo dados absolutamente necessários para o estudo da rotação e seu papel na evolução estelar. Para conseguir isto, um passo fundamental é a caracterização física e química das estrelas observadas pelo CoRoT, especificamente devido ao fato de que o cálculo de períodos rotacionais confiáveis é um trabalho difícil sem a ajuda dos parâmetros estelares. Desta forma, foi elaborado um importante seguimento observacional das estrelas nos campos do CoRoT do anticentro LRa01 e do centro LRc01, permitindo a correta identificação dos períodos que reflitam a modulação rotacional. Nesta tese de doutorado são apresentados os resultados de tal seguimento. Parâmetros físicos e químicos, tais como temperatura efetiva Teff , gravidade superficial log(g), velocidade de microturbulência Vmic, abundância de ferro [Fe/H], velocidade de rotação projetada Vsin(i), e abundância de lítio A(Li) são apresentados para uma amostra de 116 estrelas dos campos CoRoT. Elas se encontram em diferentes estágios evolutivos, desde a sequência principal (SP) até o ramo das gigantes vermelhas (GV). As observações foram feitas utilizando os espectrógrafos UVES (VLT) e HYDRA (CTIO). Para a derivação de tais parâmetros foram utilizados o programa TurboSpectrum e os modelos de atmosfera de MARCS. Paralelamente, velocidades rotacionais Vsin(i) foram obtidas a partir do ajuste dos perfis observados e sintéticos das linhas de ferro e por meio de uma calibração de função de correlação cruzada (CCF). Períodos rotacionais Prot para 77 estrelas da amostra foram obtidos a partir das curvas de luz do satélite CoRoT. Extensas tabelas destes parâmetros e seus respectivos erros são apresentadas. Foram encontradas diferenças nas distribuições de Teff , [Fe/H] e estágios evolutivos entre os diferentes campos do CoRoT, indicando possíveis efeitos de seleção na amostra, assim como a existência de diferentes populações estelares do disco Galáctico. Por outro lado, o comportamento rotacional e as abundâncias de lítio não apresentam diferenças entre estrelas de parâmetros físicos similares, mas que pertencem a diferentes campos do CoRoT. A partir da análise de temperaturas, foi encontrada uma maior extinção por avermelhamento para estrelas do CoRoT localizadas no campo LRc01, assim como um gradiente deste valor em função da distância. Os resultados mostram que as abundâncias de lítio, as velocidades de rotação e os períodos rotacionais apresentam o mesmo comportamento descrito na literatura. Por outro lado, é apresentada pela primeira vez a relação que existe entre o lítio e o período de rotação em diferentes estágios evolutivos, mostrando, tal como era esperado, que ambas as grandezas possuem uma anticorrelação. Também é apresentada a evolução simultânea da rotação e do lítio, e foram calculadas relações que permitem obter valores médios de A(Li) como função da temperatura efetiva e do período rotacional. Os dados apresentados nesta tese de doutorado representam um importante ponto de partida para serem utilizados como uma amostra de calibração para diferentes programas no contexto da missão do satélite CoRoT, uma vez que a lista de estrelas aqui analisadas são parte das mais brilhantes que compõem o campo Exo do CoRoT

Determinação de parâmetros (sólidos solúveis, pH e acidez titulável) em ameixas intactas usando espectroscopia no infravermelho próximo e seleção de comprimento de onda

The aim of this study was to evaluate the potential of near-infrared reflectance spectroscopy (NIRS) as a rapid and non-destructive method to determine the soluble solid content (SSC), pH and titratable acidity of intact plums. Samples of plum with a total solids content ranging from 5.7 to 15%, pH from 2.72 to 3.84 and titratable acidity from 0.88 a 3.6% were collected from supermarkets in Natal-Brazil, and NIR spectra were acquired in the 714 2500 nm range. A comparison of several multivariate calibration techniques with respect to several pre-processing data and variable selection algorithms, such as interval Partial Least Squares (iPLS), genetic algorithm (GA), successive projections algorithm (SPA) and ordered predictors selection (OPS), was performed. Validation models for SSC, pH and titratable acidity had a coefficient of correlation (R) of 0.95 0.90 and 0.80, as well as a root mean square error of prediction (RMSEP) of 0.45ºBrix, 0.07 and 0.40%, respectively. From these results, it can be concluded that NIR spectroscopy can be used as a non-destructive alternative for measuring the SSC, pH and titratable acidity in plums

Um Modelo para calibração de câmaras digitais baseado em linhas retas

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Desenvolvimento de modelos quimiométricos associados à espectroscopia no infravermelho para determinação de parâmetros físico-químicos do óleo diesel

Pós-graduação em Química - IQ

Mapeamento dos parâmetros florísticos e estruturais de floresta de mangue com dados LIDAR e SRTM

Este estudo apresenta a estimativa dos parâmetros florísticos e estruturais (determinação da espécie, altura, diâmetro a altura do Peito - DAP e biomassa) do mangue a partir de informações da superfície adquiridas remotamente com os sensores Laser Detection and Range (LIDAR), Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) e ortofotos na Ilha dos Guarás, conjunto de arquipélagos localizado a 30 km da desembocadura do rio amazonas. Para esse trabalho foram utilizadas informações do SRTM, LIDAR e fotografias aéreas processadas e ortorretificadas durante dois sobrevôos realizados entre o mês de julho e agosto de 2011. Com a ortofoto foi feito o mapa do reconhecimento de unidades geobotânicas que delimitou apenas a classe mangue. Em seguida, foi realizada a correção da altura elipsoidal para a altura ortométrica, onde a nuvem de pontos foi interpolada pelo método vizinho mais próximo, gerando Modelo Digital de Elevação (MDE) LIDAR (full points) com RMSE de 0,88 cm e por meio de uma linguagem macro foi estatisticamente separadas as informações do último pulso da superfície, conhecido também por ground points. Em seguida, os dados foram interpolados pelo método de krigeagem que gerou o valor de Modelo Digital de Superfície (MDS), o qual foi subtraído do MDE. Com base no Modelo Digital de Vegetação (MDV) foram definidos os sítios de coleta e selecionadas as árvores ascendentes, intermediárias e emergentes, porte no qual foi medido o DAP e altura. No total foram coletadas 212 amostras individuais de mangue e para assegurar o nível de acurácia do conjunto coletado, foi realizado o cálculo de RMSE entre as alturas do LIDAR e Campo, que resultou em RMSE= 1,10 m. Os modelos escolhidos para calibração LIDAR e altura de campo foi do tipo linear, com R² = 91% e RMSE= 0,98 cm e para calibração da DAP e altura de campo foi escolhido o modelo Logarítmico R² = 74,1%. Nos resultados da calibração do SRTM o modelo logarítmico também foi o mais adequado para a relação entre altura média e SRTM com R² = 91% e RMSE de 2,2 m e DAP Médio e SRTM, com R² = 88% e RMSE 2,2 cm. A partir de um inventário foi realizada a estimativa da biomassa por espécie por meio das equações alométricas de Fromard e posteriormente os resultados foram espacializados em forma de mapas com alto nível de detalhamento oriundo das informações LIDAR e SRTM corrigido e ortofotos.

CALIBRAÇÃO E VALIDAÇÃO DO ÍNDICE DE ESTABILIDADE DE ENCOSTAS COM INVENTÁRIO DE ESCORREGAMENTOS

A ocorrência de escorregamentos translacionais no litoral paulista é parte integrante da evolução natural das encostas, que se intensifica sob condições de clima tropical em uma morfologia de serras com desníveis em torno de 700m. Sob precipitações intensas, mesmo sem a interferência direta do homem, os movimentos de massa ocorrem de forma isolada ou generalizada, como a centena de escorregamentos registrados no evento de janeiro de 1985, em que os índices pluviométricos atingiram 210 mm em 24 h. Utilizando um inventário de cicatrizes de escorregamentos obtido de um aerolevantamento de agosto de 1985, definiu-se como objetivo calibrar e validar um mapa de índice de estabilidade utilizando o modelo de análise de estabilidade de encostas por talude infinito, disponível no programa SINMAP, na Serra de Cubatão, na escala 1:10.000. O modelo foi aplicado considerando os parâmetros do solo constantes para toda área e também variáveis em função das unidades litológicas. Os resultados mostraram que mais de 79% das cicatrizes ficaram dentro dos limites inferior de estabilidade e superior de instabilidade para o caso de parâmetros constantes e mais de 95% das cicatrizes para o caso de parâmetros variáveis dentro dos mesmos limites. Palavras-chave: Índice de estabilidade, movimentos de massa, Serra do Mar.

Modelagem fotogramétrica e calibração de um sistema de visão omnidirecional

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Análise comparativa dos resultados obtidos pelos métodos de calibração de campo tridimensional e bidimensional

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Avaliação de incertezas na calibração automática do modelo SWMM

Este trabalho é referente ao desenvolvimento de um calibrador multiobjetivo automático do modelo SWMM (Storm Water Management Model), e avaliação de algumas fontes de incertezas presentes no processo de calibração, visando à representação satisfatória da transformação chuva-vazão. O código foi escrito em linguagem C, e aplica os conceitos do método de otimização multiobjetivo NSGAII (Non Dominated Sorting Genetic Algorithm) com elitismo controlado, além de utilizar o código fonte do modelo SWMM para a determinação das vazões simuladas. Paralelamente, também foi criada uma interface visual, para melhorar a facilidade de utilização do calibrador. Os testes do calibrador foram aplicados a três sistemas diferentes: um sistema hipotético disponibilizado no pacote de instalação do SWMM; um sistema real de pequenas dimensões, denominado La Terraza, localizado no município de Sierra Vista, Arizona (EUA); e um sistema de maiores dimensões, a bacia hidrográfica do Córrego do Gregório, localizada no município de São Carlos (SP). Os resultados indicam que o calibrador construído apresenta, em geral, eficiência satisfatória, porém é bastante dependente da qualidade dos dados observados em campo e dos parâmetros de entrada escolhidos pelo usuário. Foi demonstrada a importância da escolha dos eventos utilizados na calibração, do estabelecimento de limites adequados nos valores das variáveis de decisão, da escolha das funções objetivo e, principalmente, da qualidade e representatividade dos dados de monitoramento pluvio e fluviométrico. Conclui-se que estes testes desenvolvidos contribuem para o entendimento mais aprofundado dos processos envolvidos na modelagem e calibração, possibilitando avanços na confiabilidade dos resultados da modelagem.

Calibração de redes de distribuição de água pelo método inverso aplicado a escoamento transiente

Desenvolve-se um método para estimar os parâmetros de uma rede hidráulica a partir de dados observados de cargas hidráulicas transientes. Os parâmetros físicos da rede como fatores de atrito, rugosidades absolutas, diâmetros e a identificação e quantificação de vazamentos são as grandezas desconhecidas. O problema transiente inverso é resolvido utilizando uma abordagem indireta que compara os dados disponíveis de carga hidráulica transiente observados com os calculados através de um método matemático. O Método Transiente Inverso (MTI) com um Algoritmo Genético (AG) emprega o Método das Características (MOC) na solução das equações do movimento para escoamento transiente em redes de tubos. As condições de regime permanente são desconhecidas. Para avaliar a confiabilidade do MTI-AG desenvolvido aqui, uma rede-exemplo é usada para os vários problemas de calibração propostos. O comportamento transiente é imposto por duas manobras distintas de uma válvula de controle localizada em um dos nós da rede. Analisam-se, ainda, o desempenho do método proposto mediante a variabilidade do tamanho do registro transiente e de possíveis erros de leitura nas cargas hidráulicas. Ensaios numéricos realizados mostram que o método é viável e aplicável à solução de problema inverso em redes hidráulicas, sobretudo recorrendo-se a poucos dados observados e ao desconhecimento das condições iniciais de estado permanente. Nos diversos problemas de identificação, as informações transientes obtidas da manobra mais brusca produziu estimações mais eficientes.

Desenvolvimento e aplicação de modelo de calibração multivariada para determinação de açúcares e ácidos orgânicos em bebidas comerciais utilizando espectroscopia no infravermelho

The routine analysis for quantization of organic acids and sugars are generally slow methods that involve the use and preparation of several reagents, require trained professional, the availability of special equipment and is expensive. In this context, it has been increasing investment in research whose purpose is the development of substitutive methods to reference, which are faster, cheap and simple, and infrared spectroscopy have been highlighted in this regard. The present study developed multivariate calibration models for the simultaneous and quantitative determination of ascorbic acid, citric, malic and tartaric and sugars sucrose, glucose and fructose, and soluble solids in juices and fruit nectars and classification models for ACP. We used methods of spectroscopy in the near infrared (Near Infrared, NIR) in association with the method regression of partial least squares (PLS). Were used 42 samples between juices and fruit nectars commercially available in local shops. For the construction of the models were performed with reference analysis using high-performance liquid chromatography (HPLC) and refractometry for the analysis of soluble solids. Subsequently, the acquisition of the spectra was done in triplicate, in the spectral range 12500 to 4000 cm-1. The best models were applied to the quantification of analytes in study on natural juices and juice samples produced in the Paraná Southwest Region. The juices used in the application of the models also underwent physical and chemical analysis. Validation of chromatographic methodology has shown satisfactory results, since the external calibration curve obtained R-square value (R2) above 0.98 and coefficient of variation (%CV) for intermediate precision and repeatability below 8.83%. Through the Principal Component Analysis (PCA) was possible to separate samples of juices into two major groups, grape and apple and tangerine and orange, while for nectars groups separated guava and grape, and pineapple and apple. Different validation methods, and pre-processes that were used separately and in combination, were obtained with multivariate calibration models with average forecast square error (RMSEP) and cross validation (RMSECV) errors below 1.33 and 1.53 g.100 mL-1, respectively and R2 above 0.771, except for malic acid. The physicochemical analysis enabled the characterization of drinks, including the pH working range (variation of 2.83 to 5.79) and acidity within the parameters Regulation for each flavor. Regression models have demonstrated the possibility of determining both ascorbic acids, citric, malic and tartaric with successfully, besides sucrose, glucose and fructose by means of only a spectrum, suggesting that the models are economically viable for quality control and product standardization in the fruit juice and nectars processing industry.

Quantificação de açúcares com uma língua eletrónica: calibração multivariada com seleção de sensores

Este trabalho incide na análise dos açúcares majoritários nos alimentos (glucose, frutose e sacarose) com uma língua eletrónica potenciométrica através de calibração multivariada com seleção de sensores. A análise destes compostos permite contribuir para a avaliação do impacto dos açúcares na saúde e seu efeito fisiológico, além de permitir relacionar atributos sensoriais e atuar no controlo de qualidade e autenticidade dos alimentos. Embora existam diversas metodologias analíticas usadas rotineiramente na identificação e quantificação dos açúcares nos alimentos, em geral, estes métodos apresentam diversas desvantagens, tais como lentidão das análises, consumo elevado de reagentes químicos e necessidade de pré-tratamentos destrutivos das amostras. Por isso se decidiu aplicar uma língua eletrónica potenciométrica, construída com sensores poliméricos selecionados considerando as sensibilidades aos açucares obtidas em trabalhos anteriores, na análise dos açúcares nos alimentos, visando estabelecer uma metodologia analítica e procedimentos matemáticos para quantificação destes compostos. Para este propósito foram realizadas análises em soluções padrão de misturas ternárias dos açúcares em diferentes níveis de concentração e em soluções de dissoluções de amostras de mel, que foram previamente analisadas em HPLC para se determinar as concentrações de referência dos açúcares. Foi então feita uma análise exploratória dos dados visando-se remover sensores ou observações discordantes através da realização de uma análise de componentes principais. Em seguida, foram construídos modelos de regressão linear múltipla com seleção de variáveis usando o algoritmo stepwise e foi verificado que embora fosse possível estabelecer uma boa relação entre as respostas dos sensores e as concentrações dos açúcares, os modelos não apresentavam desempenho de previsão satisfatório em dados de grupo de teste. Dessa forma, visando contornar este problema, novas abordagens foram testadas através da construção e otimização dos parâmetros de um algoritmo genético para seleção de variáveis que pudesse ser aplicado às diversas ferramentas de regressão, entre elas a regressão pelo método dos mínimos quadrados parciais. Foram obtidos bons resultados de previsão para os modelos obtidos com o método dos mínimos quadrados parciais aliado ao algoritmo genético, tanto para as soluções padrão quanto para as soluções de mel, com R²ajustado acima de 0,99 e RMSE inferior a 0,5 obtidos da relação linear entre os valores previstos e experimentais usando dados dos grupos de teste. O sistema de multi-sensores construído se mostrou uma ferramenta adequada para a análise dos iii açúcares, quando presentes em concentrações maioritárias, e alternativa a métodos instrumentais de referência, como o HPLC, por reduzir o tempo da análise e o valor monetário da análise, bem como, ter um preparo mínimo das amostras e eliminar produtos finais poluentes.