Contributions to 3D Data Registration and Representation

Nowadays, new computers generation provides a high performance that enables to build computationally expensive computer vision applications applied to mobile robotics. Building a map of the environment is a common task of a robot and is an essential part to allow the robots to move through these environments. Traditionally, mobile robots used a combination of several sensors from different technologies. Lasers, sonars and contact sensors have been typically used in any mobile robotic architecture, however color cameras are an important sensor due to we want the robots to use the same information that humans to sense and move through the different environments. Color cameras are cheap and flexible but a lot of work need to be done to give robots enough visual understanding of the scenes. Computer vision algorithms are computational complex problems but nowadays robots have access to different and powerful architectures that can be used for mobile robotics purposes. The advent of low-cost RGB-D sensors like Microsoft Kinect which provide 3D colored point clouds at high frame rates made the computer vision even more relevant in the mobile robotics field. The combination of visual and 3D data allows the systems to use both computer vision and 3D processing and therefore to be aware of more details of the surrounding environment. The research described in this thesis was motivated by the need of scene mapping. Being aware of the surrounding environment is a key feature in many mobile robotics applications from simple robotic navigation to complex surveillance applications. In addition, the acquisition of a 3D model of the scenes is useful in many areas as video games scene modeling where well-known places are reconstructed and added to game systems or advertising where once you get the 3D model of one room the system can add furniture pieces using augmented reality techniques. In this thesis we perform an experimental study of the state-of-the-art registration methods to find which one fits better to our scene mapping purposes. Different methods are tested and analyzed on different scene distributions of visual and geometry appearance. In addition, this thesis proposes two methods for 3d data compression and representation of 3D maps. Our 3D representation proposal is based on the use of Growing Neural Gas (GNG) method. This Self-Organizing Maps (SOMs) has been successfully used for clustering, pattern recognition and topology representation of various kind of data. Until now, Self-Organizing Maps have been primarily computed offline and their application in 3D data has mainly focused on free noise models without considering time constraints. Self-organising neural models have the ability to provide a good representation of the input space. In particular, the Growing Neural Gas (GNG) is a suitable model because of its flexibility, rapid adaptation and excellent quality of representation. However, this type of learning is time consuming, specially for high-dimensional input data. Since real applications often work under time constraints, it is necessary to adapt the learning process in order to complete it in a predefined time. This thesis proposes a hardware implementation leveraging the computing power of modern GPUs which takes advantage of a new paradigm coined as General-Purpose Computing on Graphics Processing Units (GPGPU). Our proposed geometrical 3D compression method seeks to reduce the 3D information using plane detection as basic structure to compress the data. This is due to our target environments are man-made and therefore there are a lot of points that belong to a plane surface. Our proposed method is able to get good compression results in those man-made scenarios. The detected and compressed planes can be also used in other applications as surface reconstruction or plane-based registration algorithms. Finally, we have also demonstrated the goodness of the GPU technologies getting a high performance implementation of a CAD/CAM common technique called Virtual Digitizing.

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).

TBS discrimine les femmes avec ostéoporose fracturaire des femmes non ostéoporotiques indépendamment de la DMO, de l'âge et de l'IMC : Etude de la cohorte Ostéo-Mobile Vaud

Introduction. - « Ostéo-Mobile Vaud » est un projet pilote visant àinformer et promouvoir les mesures générales de prévention del'ostéoporose chez les femmes vaudoises de 60 ans et plus. Son butest également d'évaluer le risque de fracture dans cette populationen associant les facteurs de risque cliniques, la mesure de la DMOpar DXA de la colonne lombaire et du fémur proximal (Hologic Discovery),la recherche des fractures vertébrales préexistantes parVFA et une appréciation de la « qualité osseuse » par TBS. Une phaseprospective de 5 ans est prévue. Le Trabecular Bone Score (TBS) estun procédé qui consiste à appliquer un traitement informatique àl'image 2D de projection de la DXA basé sur la quantification desvariations locales de niveaux de gris. Un modèle mathématiquerelie le paramètre TBS avec des paramètres de microarchitecture 3Dtels la connectivité 3D, le nombre de travées et l'espace inter-trabéculaire.Ce modèle fait de TBS une mesure indirecte de microarchitectureosseuse.Résultats. - Fin juillet 2011, 510 femmes de ± 67 ans, IMC ± 26 kg/m2,ont été évaluées. Une ou plusieurs fractures de fragilité ont été rapportéeschez 72 femmes, parmi lesquelles 39 avec fractures vertébrales.TBS diminue avec l'âge (-0.005 par année, p < 0,001) etdiminue en fonction de l'IMC (- 0,011 par kg/m2, p < 0,001). La corrélationentre TBS et la DMO de la colonne lombaire est faible(r = 0,4, p < 0,001) et un grand pourcentage de la variabilité du TBSest indépendant de la DMO (> 84%). TBS discrimine les femmes avecfractures vertébrales des femmes sans fracture vertébrale et lesfemmes avec OP clinique (fractures de fragilité) de celles sans OPclinique. Ce pouvoir discriminatif est indépendant de la DMO de lacolonne lombaire ou du T-score le plus bas, après ajustement pourl'âge et l'IMC.Odd ratio (OR, 95 % IC) pour une diminution d'une déviation standarddu TBS, ajusté pour l'âge, l'IMC et la mesure de DMO :Conclusion. - TBS représente une plus-value par rapport à la DMOdans l'appréciation du risque de fracture chez les femmes vaudoisesde 60 ans et plus.

GeoTools-Android. Eines geogràfiques per Android

El present Treball Final de Carrera (TFC), basat en el tema dels Sistemes d'informació Geogràfica i Geotelemàtica, es centra en les diverses aplicacions geoespacials per al sistema operatiu Android.

Viabilitat i rendiment d'un sistema d'informació geogràfica en dispositius mòbils per realitzar càlculs LCP en zona de muntanya sense connexió de xarxa

The aim of this research paper is to present a macroscopic study about the feasibility and the efficiency of mobile devices in computing least-cost path (LCP). This kind of artifact must work in off-line mode and must allow to load data from a mountain zone like digital terrain models and meteorological data.

LageVione : Videojoc per a Android

El projecte escollit tracta de fer un videojoc de caràcter lectiu per a Android fent servir Unity. El videojoc estaria orientat a un públic infantil, justificant així la simplicitat del mateix. Consisteix en fer volar un avió agafant unes lletres que pengen en l'aire amb la finalitat de formar una paraula.

Depth sensors in augmented reality solutions. Literature review

The emergence of depth sensors has made it possible to track – not only monocular cues – but also the actual depth values of the environment. This is especially useful in augmented reality solutions, where the position and orientation (pose) of the observer need to be accurately determined. This allows virtual objects to be installed to the view of the user through, for example, a screen of a tablet or augmented reality glasses (e.g. Google glass, etc.). Although the early 3D sensors have been physically quite large, the size of these sensors is decreasing, and possibly – eventually – a 3D sensor could be embedded – for example – to augmented reality glasses. The wider subject area considered in this review is 3D SLAM methods, which take advantage of the 3D information available by modern RGB-D sensors, such as Microsoft Kinect. Thus the review for SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) and 3D tracking in augmented reality is a timely subject. We also try to find out the limitations and possibilities of different tracking methods, and how they should be improved, in order to allow efficient integration of the methods to the augmented reality solutions of the future.

Desarrollo de tecnologías de telemanipulación con alto grado de escalado orientadas a la interacción hombre-robot en entornos nucleares

Esta tesis se centra en desarrollo de tecnologías para la interacción hombre-robot en entornos nucleares de fusión. La problemática principal del sector de fusión nuclear radica en las condiciones ambientales tan extremas que hay en el interior del reactor, y la necesidad de que los equipos cumplan requisitos muy restrictivos para poder aguantar esos niveles de radiación, magnetismo, ultravacío, temperatura... Como no es viable la ejecución de tareas directamente por parte de humanos, habrá que utilizar dispositivos de manipulación remota para llevar a cabo los procesos de operación y mantenimiento. En las instalaciones de ITER es obligatorio tener un entorno controlado de extrema seguridad, que necesita de estándares validados. La definición y uso de protocolos es indispensable para regir su buen funcionamiento. Si nos centramos en la telemanipulación con algo grado de escalado, surge la necesidad de definir protocolos para sistemas abiertos que permitan la interacción entre equipos y dispositivos de diversa índole. En este contexto se plantea la definición del Protocolo de Teleoperación que permita la interconexión entre dispositivos maestros y esclavos de distinta tipología, pudiéndose comunicar bilateralmente entre sí y utilizar distintos algoritmos de control según la tarea a desempeñar. Este protocolo y su interconectividad se han puesto a prueba en la Plataforma Abierta de Teleoperación (P.A.T.) que se ha desarrollado e integrado en la ETSII UPM como una herramienta que permita probar, validar y realizar experimentos de telerrobótica. Actualmente, este Protocolo de Teleoperación se ha propuesto a través de AENOR al grupo ISO de Telerobotics como una solución válida al problema existente y se encuentra bajo revisión. Con el diseño de dicho protocolo se ha conseguido enlazar maestro y esclavo, sin embargo con los niveles de radiación tan altos que hay en ITER la electrónica del controlador no puede entrar dentro del tokamak. Por ello se propone que a través de una mínima electrónica convenientemente protegida se puedan multiplexar las señales de control que van a través del cableado umbilical desde el controlador hasta la base del robot. En este ejercicio teórico se demuestra la utilidad y viabilidad de utilizar este tipo de solución para reducir el volumen y peso del cableado umbilical en cifras aproximadas de un 90%, para ello hay que desarrollar una electrónica específica y con certificación RadHard para soportar los enormes niveles de radiación de ITER. Para este manipulador de tipo genérico y con ayuda de la Plataforma Abierta de Teleoperación, se ha desarrollado un algoritmo que mediante un sensor de fuerza/par y una IMU colocados en la muñeca del robot, y convenientemente protegidos ante la radiación, permiten calcular las fuerzas e inercias que produce la carga, esto es necesario para poder transmitirle al operador unas fuerzas escaladas, y que pueda sentir la carga que manipula, y no otras fuerzas que puedan influir en el esclavo remoto, como ocurre con otras técnicas de estimación de fuerzas. Como el blindaje de los sensores no debe ser grande ni pesado, habrá que destinar este tipo de tecnología a las tareas de mantenimiento de las paradas programadas de ITER, que es cuando los niveles de radiación están en sus valores mínimos. Por otro lado para que el operador sienta lo más fielmente posible la fuerza de carga se ha desarrollado una electrónica que mediante el control en corriente de los motores permita realizar un control en fuerza a partir de la caracterización de los motores del maestro. Además para aumentar la percepción del operador se han realizado unos experimentos que demuestran que al aplicar estímulos multimodales (visuales, auditivos y hápticos) aumenta su inmersión y el rendimiento en la consecución de la tarea puesto que influyen directamente en su capacidad de respuesta. Finalmente, y en referencia a la realimentación visual del operador, en ITER se trabaja con cámaras situadas en localizaciones estratégicas, si bien el humano cuando manipula objetos hace uso de su visión binocular cambiando constantemente el punto de vista adecuándose a las necesidades visuales de cada momento durante el desarrollo de la tarea. Por ello, se ha realizado una reconstrucción tridimensional del espacio de la tarea a partir de una cámara-sensor RGB-D, lo cual nos permite obtener un punto de vista binocular virtual móvil a partir de una cámara situada en un punto fijo que se puede proyectar en un dispositivo de visualización 3D para que el operador pueda variar el punto de vista estereoscópico según sus preferencias. La correcta integración de estas tecnologías para la interacción hombre-robot en la P.A.T. ha permitido validar mediante pruebas y experimentos para verificar su utilidad en la aplicación práctica de la telemanipulación con alto grado de escalado en entornos nucleares de fusión. Abstract This thesis focuses on developing technologies for human-robot interaction in nuclear fusion environments. The main problem of nuclear fusion sector resides in such extreme environmental conditions existing in the hot-cell, leading to very restrictive requirements for equipment in order to deal with these high levels of radiation, magnetism, ultravacuum, temperature... Since it is not feasible to carry out tasks directly by humans, we must use remote handling devices for accomplishing operation and maintenance processes. In ITER facilities it is mandatory to have a controlled environment of extreme safety and security with validated standards. The definition and use of protocols is essential to govern its operation. Focusing on Remote Handling with some degree of escalation, protocols must be defined for open systems to allow interaction among different kind of equipment and several multifunctional devices. In this context, a Teleoperation Protocol definition enables interconnection between master and slave devices from different typologies, being able to communicate bilaterally one each other and using different control algorithms depending on the task to perform. This protocol and its interconnectivity have been tested in the Teleoperation Open Platform (T.O.P.) that has been developed and integrated in the ETSII UPM as a tool to test, validate and conduct experiments in Telerobotics. Currently, this protocol has been proposed for Teleoperation through AENOR to the ISO Telerobotics group as a valid solution to the existing problem, and it is under review. Master and slave connection has been achieved with this protocol design, however with such high radiation levels in ITER, the controller electronics cannot enter inside the tokamak. Therefore it is proposed a multiplexed electronic board, that through suitable and RadHard protection processes, to transmit control signals through an umbilical cable from the controller to the robot base. In this theoretical exercise the utility and feasibility of using this type of solution reduce the volume and weight of the umbilical wiring approximate 90% less, although it is necessary to develop specific electronic hardware and validate in RadHard qualifications in order to handle huge levels of ITER radiation. Using generic manipulators does not allow to implement regular sensors for force feedback in ITER conditions. In this line of research, an algorithm to calculate the forces and inertia produced by the load has been developed using a force/torque sensor and IMU, both conveniently protected against radiation and placed on the robot wrist. Scaled forces should be transmitted to the operator, feeling load forces but not other undesirable forces in slave system as those resulting from other force estimation techniques. Since shielding of the sensors should not be large and heavy, it will be necessary to allocate this type of technology for programmed maintenance periods of ITER, when radiation levels are at their lowest levels. Moreover, the operator perception needs to feel load forces as accurate as possible, so some current control electronics were developed to perform a force control of master joint motors going through a correct motor characterization. In addition to increase the perception of the operator, some experiments were conducted to demonstrate applying multimodal stimuli (visual, auditory and haptic) increases immersion and performance in achieving the task since it is directly correlated with response time. Finally, referring to the visual feedback to the operator in ITER, it is usual to work with 2D cameras in strategic locations, while humans use binocular vision in direct object manipulation, constantly changing the point of view adapting it to the visual needs for performing manipulation during task procedures. In this line a three-dimensional reconstruction of non-structured scenarios has been developed using RGB-D sensor instead of cameras in the remote environment. Thus a mobile virtual binocular point of view could be generated from a camera at a fixed point, projecting stereoscopic images in 3D display device according to operator preferences. The successful integration of these technologies for human-robot interaction in the T.O.P., and validating them through tests and experiments, verify its usefulness in practical application of high scaling remote handling at nuclear fusion environments.

μ-MAR: Multiplane 3D Marker based Registration for depth-sensing cameras

Many applications including object reconstruction, robot guidance, and. scene mapping require the registration of multiple views from a scene to generate a complete geometric and appearance model of it. In real situations, transformations between views are unknown and it is necessary to apply expert inference to estimate them. In the last few years, the emergence of low-cost depth-sensing cameras has strengthened the research on this topic, motivating a plethora of new applications. Although they have enough resolution and accuracy for many applications, some situations may not be solved with general state-of-the-art registration methods due to the signal-to-noise ratio (SNR) and the resolution of the data provided. The problem of working with low SNR data, in general terms, may appear in any 3D system, then it is necessary to propose novel solutions in this aspect. In this paper, we propose a method, μ-MAR, able to both coarse and fine register sets of 3D points provided by low-cost depth-sensing cameras, despite it is not restricted to these sensors, into a common coordinate system. The method is able to overcome the noisy data problem by means of using a model-based solution of multiplane registration. Specifically, it iteratively registers 3D markers composed by multiple planes extracted from points of multiple views of the scene. As the markers and the object of interest are static in the scenario, the transformations obtained for the markers are applied to the object in order to reconstruct it. Experiments have been performed using synthetic and real data. The synthetic data allows a qualitative and quantitative evaluation by means of visual inspection and Hausdorff distance respectively. The real data experiments show the performance of the proposal using data acquired by a Primesense Carmine RGB-D sensor. The method has been compared to several state-of-the-art methods. The results show the good performance of the μ-MAR to register objects with high accuracy in presence of noisy data outperforming the existing methods.

Methodology based on registration techniques for representing subjects and their deformations acquired from general purpose 3D sensors

In this thesis a methodology for representing 3D subjects and their deformations in adverse situations is studied. The study is focused in providing methods based on registration techniques to improve the data in situations where the sensor is working in the limit of its sensitivity. In order to do this, it is proposed two methods to overcome the problems which can difficult the process in these conditions. First a rigid registration based on model registration is presented, where the model of 3D planar markers is used. This model is estimated using a proposed method which improves its quality by taking into account prior knowledge of the marker. To study the deformations, it is proposed a framework to combine multiple spaces in a non-rigid registration technique. This proposal improves the quality of the alignment with a more robust matching process that makes use of all available input data. Moreover, this framework allows the registration of multiple spaces simultaneously providing a more general technique. Concretely, it is instantiated using colour and location in the matching process for 3D location registration.

Estudio y mejora de métodos de registro 3D: aceleración sobre unidades de procesamiento gráfico y caracterización del espacio de transformaciones iniciales

Durante los últimos años ha sido creciente el uso de las unidades de procesamiento gráfico, más conocidas como GPU (Graphic Processing Unit), en aplicaciones de propósito general, dejando a un lado el objetivo para el que fueron creadas y que no era otro que el renderizado de gráficos por computador. Este crecimiento se debe en parte a la evolución que han experimentado estos dispositivos durante este tiempo y que les ha dotado de gran potencia de cálculo, consiguiendo que su uso se extienda desde ordenadores personales a grandes cluster. Este hecho unido a la proliferación de sensores RGB-D de bajo coste ha hecho que crezca el número de aplicaciones de visión que hacen uso de esta tecnología para la resolución de problemas, así como también para el desarrollo de nuevas aplicaciones. Todas estas mejoras no solamente se han realizado en la parte hardware, es decir en los dispositivos, sino también en la parte software con la aparición de nuevas herramientas de desarrollo que facilitan la programación de estos dispositivos GPU. Este nuevo paradigma se acuñó como Computación de Propósito General sobre Unidades de Proceso Gráfico (General-Purpose computation on Graphics Processing Units, GPGPU). Los dispositivos GPU se clasifican en diferentes familias, en función de las distintas características hardware que poseen. Cada nueva familia que aparece incorpora nuevas mejoras tecnológicas que le permite conseguir mejor rendimiento que las anteriores. No obstante, para sacar un rendimiento óptimo a un dispositivo GPU es necesario configurarlo correctamente antes de usarlo. Esta configuración viene determinada por los valores asignados a una serie de parámetros del dispositivo. Por tanto, muchas de las implementaciones que hoy en día hacen uso de los dispositivos GPU para el registro denso de nubes de puntos 3D, podrían ver mejorado su rendimiento con una configuración óptima de dichos parámetros, en función del dispositivo utilizado. Es por ello que, ante la falta de un estudio detallado del grado de afectación de los parámetros GPU sobre el rendimiento final de una implementación, se consideró muy conveniente la realización de este estudio. Este estudio no sólo se realizó con distintas configuraciones de parámetros GPU, sino también con diferentes arquitecturas de dispositivos GPU. El objetivo de este estudio es proporcionar una herramienta de decisión que ayude a los desarrolladores a la hora implementar aplicaciones para dispositivos GPU. Uno de los campos de investigación en los que más prolifera el uso de estas tecnologías es el campo de la robótica ya que tradicionalmente en robótica, sobre todo en la robótica móvil, se utilizaban combinaciones de sensores de distinta naturaleza con un alto coste económico, como el láser, el sónar o el sensor de contacto, para obtener datos del entorno. Más tarde, estos datos eran utilizados en aplicaciones de visión por computador con un coste computacional muy alto. Todo este coste, tanto el económico de los sensores utilizados como el coste computacional, se ha visto reducido notablemente gracias a estas nuevas tecnologías. Dentro de las aplicaciones de visión por computador más utilizadas está el registro de nubes de puntos. Este proceso es, en general, la transformación de diferentes nubes de puntos a un sistema de coordenadas conocido. Los datos pueden proceder de fotografías, de diferentes sensores, etc. Se utiliza en diferentes campos como son la visión artificial, la imagen médica, el reconocimiento de objetos y el análisis de imágenes y datos de satélites. El registro se utiliza para poder comparar o integrar los datos obtenidos en diferentes mediciones. En este trabajo se realiza un repaso del estado del arte de los métodos de registro 3D. Al mismo tiempo, se presenta un profundo estudio sobre el método de registro 3D más utilizado, Iterative Closest Point (ICP), y una de sus variantes más conocidas, Expectation-Maximization ICP (EMICP). Este estudio contempla tanto su implementación secuencial como su implementación paralela en dispositivos GPU, centrándose en cómo afectan a su rendimiento las distintas configuraciones de parámetros GPU. Como consecuencia de este estudio, también se presenta una propuesta para mejorar el aprovechamiento de la memoria de los dispositivos GPU, permitiendo el trabajo con nubes de puntos más grandes, reduciendo el problema de la limitación de memoria impuesta por el dispositivo. El funcionamiento de los métodos de registro 3D utilizados en este trabajo depende en gran medida de la inicialización del problema. En este caso, esa inicialización del problema consiste en la correcta elección de la matriz de transformación con la que se iniciará el algoritmo. Debido a que este aspecto es muy importante en este tipo de algoritmos, ya que de él depende llegar antes o no a la solución o, incluso, no llegar nunca a la solución, en este trabajo se presenta un estudio sobre el espacio de transformaciones con el objetivo de caracterizarlo y facilitar la elección de la transformación inicial a utilizar en estos algoritmos.

Evaluation of sampling method effects in 3D non-rigid registration

Since the beginning of 3D computer vision problems, the use of techniques to reduce the data to make it treatable preserving the important aspects of the scene has been necessary. Currently, with the new low-cost RGB-D sensors, which provide a stream of color and 3D data of approximately 30 frames per second, this is getting more relevance. Many applications make use of these sensors and need a preprocessing to downsample the data in order to either reduce the processing time or improve the data (e.g., reducing noise or enhancing the important features). In this paper, we present a comparison of different downsampling techniques which are based on different principles. Concretely, five different downsampling methods are included: a bilinear-based method, a normal-based, a color-based, a combination of the normal and color-based samplings, and a growing neural gas (GNG)-based approach. For the comparison, two different models have been used acquired with the Blensor software. Moreover, to evaluate the effect of the downsampling in a real application, a 3D non-rigid registration is performed with the data sampled. From the experimentation we can conclude that depending on the purpose of the application some kernels of the sampling methods can improve drastically the results. Bilinear- and GNG-based methods provide homogeneous point clouds, but color-based and normal-based provide datasets with higher density of points in areas with specific features. In the non-rigid application, if a color-based sampled point cloud is used, it is possible to properly register two datasets for cases where intensity data are relevant in the model and outperform the results if only a homogeneous sampling is used.

Transport coopératif d'un objet par deux robots humanoïdes dans un environnement encombré

Il y a présentement de la demande dans plusieurs milieux cherchant à utiliser des robots afin d'accomplir des tâches complexes, par exemple l'industrie de la construction désire des travailleurs pouvant travailler 24/7 ou encore effectuer des operation de sauvetage dans des zones compromises et dangereuses pour l'humain. Dans ces situations, il devient très important de pouvoir transporter des charges dans des environnements encombrés. Bien que ces dernières années il y a eu quelques études destinées à la navigation de robots dans ce type d'environnements, seulement quelques-unes d'entre elles ont abordé le problème de robots pouvant naviguer en déplaçant un objet volumineux ou lourd. Ceci est particulièrement utile pour transporter des charges ayant de poids et de formes variables, sans avoir à modifier physiquement le robot. Un robot humanoïde est une des plateformes disponibles afin d'effectuer efficacement ce type de transport. Celui-ci a, entre autres, l'avantage d'avoir des bras et ils peuvent donc les utiliser afin de manipuler précisément les objets à transporter. Dans ce mémoire de maîtrise, deux différentes techniques sont présentées. Dans la première partie, nous présentons un système inspiré par l'utilisation répandue de chariots de fortune par les humains. Celle-ci répond au problème d'un robot humanoïde naviguant dans un environnement encombré tout en déplaçant une charge lourde qui se trouve sur un chariot de fortune. Nous présentons un système de navigation complet, de la construction incrémentale d'une carte de l'environnement et du calcul des trajectoires sans collision à la commande pour exécuter ces trajectoires. Les principaux points présentés sont : 1) le contrôle de tout le corps permettant au robot humanoïde d'utiliser ses mains et ses bras pour contrôler les mouvements du système à chariot (par exemple, lors de virages serrés) ; 2) une approche sans capteur pour automatiquement sélectionner le jeu approprié de primitives en fonction du poids de la charge ; 3) un algorithme de planification de mouvement qui génère une trajectoire sans collisions en utilisant le jeu de primitive approprié et la carte construite de l'environnement ; 4) une technique de filtrage efficace permettant d'ignorer le chariot et le poids situés dans le champ de vue du robot tout en améliorant les performances générales des algorithmes de SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) défini ; et 5) un processus continu et cohérent d'odométrie formés en fusionnant les informations visuelles et celles de l'odométrie du robot. Finalement, nous présentons des expériences menées sur un robot Nao, équipé d'un capteur RGB-D monté sur sa tête, poussant un chariot avec différentes masses. Nos expériences montrent que la charge utile peut être significativement augmentée sans changer physiquement le robot, et donc qu'il est possible d'augmenter la capacité du robot humanoïde dans des situations réelles. Dans la seconde partie, nous abordons le problème de faire naviguer deux robots humanoïdes dans un environnement encombré tout en transportant un très grand objet qui ne peut tout simplement pas être déplacé par un seul robot. Dans cette partie, plusieurs algorithmes et concepts présentés dans la partie précédente sont réutilisés et modifiés afin de convenir à un système comportant deux robot humanoides. Entre autres, nous avons un algorithme de planification de mouvement multi-robots utilisant un espace d'états à faible dimension afin de trouver une trajectoire sans obstacle en utilisant la carte construite de l'environnement, ainsi qu'un contrôle en temps réel efficace de tout le corps pour contrôler les mouvements du système robot-objet-robot en boucle fermée. Aussi, plusieurs systèmes ont été ajoutés, tels que la synchronisation utilisant le décalage relatif des robots, la projection des robots sur la base de leur position des mains ainsi que l'erreur de rétroaction visuelle calculée à partir de la caméra frontale du robot. Encore une fois, nous présentons des expériences faites sur des robots Nao équipés de capteurs RGB-D montés sur leurs têtes, se déplaçant avec un objet tout en contournant d'obstacles. Nos expériences montrent qu'un objet de taille non négligeable peut être transporté sans changer physiquement le robot.

Linux based mobile: operating systems

Trabalho de Projeto para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Informática e de Computadores

Taux sanguins et sériques d'ions métalliques chez les patients porteurs de PHTs à col modulaire - une étude de cohorte prospective comparative

Les évidences s'accumulent concernant des problèmes de corrosion touchant les prothèses à col modulaires. Plusieurs études récentes révèlent des taux d'ions métalliques élevés. Le but de cette étude était de comparer les taux d'ions métalliques (Co, Cr, Mo, Ti), dans le sérum, chez des porteurs de prothèses à col modulaire, à tige monobloc, ainsi que sans implant. Méthodes Nous avons recruté 60 patients, dont 50 porteurs d'une PTH, unilatérale, sans aucun autre implant, non-cimentée, avec tête en céramique, à minimum 1 année postopératoire. Quarante avaient une tige SPS (Symbios) (Ti6Al4 V) modulaire (col en CoCr) et 10 une SPS monobloc (non-modulaire). Les cupules étaient toutes en alliage de Ti (Ti6Al4 V) avec insert céramique ou PE. Nous avons constitué un groupe témoin sans aucun implant. Dans le groupe o modulaires O, le col a été choisi en préopératoire sur la base d'une planification 3D et assemblé à sec avant implantation. Nous avons prélevé un échantillon sérique, un autre sanguin, qui ont été analysés par spectrométrie de masse, permettant une détermination atomique quantitative. Le résultat clinique a été estimé à l'aide du o Oxford Hip Score O. Résultats Nous avons trouvé un Co sérique moyen à 1,54 Ig L dans le groupe O modulaires O et à 0,32 Ig L dans le groupe o monobloc O avec un p < 0,001. Pour le Cr, on a 1,12 Ig L (modulaires) vs 0,60 Ig L (monoblocs) avec un p < 0,001, pour le Ti 31 Ig L (modulaires) vs 22 Ig L (monoblocs) avec p < 0,001 et pour le Mo, 0,96 Ig L (modulaires) vs 0,74 (monoblocs) avec p = 0,254. Deux patients avaient des valeurs de Co supérieures à 7 Ig L et 11 étaient au-dessus de 1 Ig L, valeur considérée comme limite. Les valeurs dans le sang complet étaient similaires. Nous n'avons pas trouvé de différence significative selon les types de col modulaires (longs vs courts et rétro vs normaux). Curieusement, le taux de Cr était significativement plus élevé chez les patients sans aucun implant que chez les porteurs de SPS monobloc, par contre les différences n'étaient pas significatives pour les autres éléments. Conclusion Les taux sériques et sanguins de ions Co, Cr et Ti étaient significativement plus élevés dans le groupe des patients avec col modulaire, avec 2 valeurs 40 extrêmement hautes et plus de la moitié (11 40) anormalement hautes. Bien que ces valeurs soient inférieures à celles d'autres études, nous avons arrêter d'utiliser de tiges à cols modulaires, et avons initié un suivi annuel des patients porteurs, similaire à celui instauré pour les grosses têtes métal-métal.