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.

An Evaluation of Local Feature Combiners for Robot Visual Localization

In the last decade, local image features have been widely used in robot visual localization. To assess image similarity, a strategy exploiting these features compares raw descriptors extracted from the current image to those in the models of places. This paper addresses the ensuing step in this process, where a combining function must be used to aggregate results and assign each place a score. Casting the problem in the multiple classifier systems framework, we compare several candidate combiners with respect to their performance in the visual localization task. A deeper insight into the potential of the sum and product combiners is provided by testing two extensions of these algebraic rules: threshold and weighted modifications. In addition, a voting method, previously used in robot visual localization, is assessed. All combiners are tested on a visual localization task, carried out on a public dataset. It is experimentally demonstrated that the sum rule extensions globally achieve the best performance. The voting method, whilst competitive to the algebraic rules in their standard form, is shown to be outperformed by both their modified versions.

Avaliação por fMRI do córtex visual, motor e auditivo através de estimulação sensoriomotora e sonora em desportistas invisuais e desportistas sem deficiência visual

Mestrado em Radiações Aplicadas às Tecnologias da Saúde - Ramo de especialização: Imagem por Ressonância Magnética

Analysis of temperature time-series: embedding dynamics into the MDS method

Global warming and the associated climate changes are being the subject of intensive research due to their major impact on social, economic and health aspects of the human life. Surface temperature time-series characterise Earth as a slow dynamics spatiotemporal system, evidencing long memory behaviour, typical of fractional order systems. Such phenomena are difficult to model and analyse, demanding for alternative approaches. This paper studies the complex correlations between global temperature time-series using the Multidimensional scaling (MDS) approach. MDS provides a graphical representation of the pattern of climatic similarities between regions around the globe. The similarities are quantified through two mathematical indices that correlate the monthly average temperatures observed in meteorological stations, over a given period of time. Furthermore, time dynamics is analysed by performing the MDS analysis over slices sampling the time series. MDS generates maps describing the stations’ locus in the perspective that, if they are perceived to be similar to each other, then they are placed on the map forming clusters. We show that MDS provides an intuitive and useful visual representation of the complex relationships that are present among temperature time-series, which are not perceived on traditional geographic maps. Moreover, MDS avoids sensitivity to the irregular distribution density of the meteorological stations.

Sistema visual para Ground Truth de sistemas autónomos

Este trabalho visa contribuir para o desenvolvimento de um sistema de visão multi-câmara para determinação da localização, atitude e seguimento de múltiplos objectos, para ser utilizado na unidade de robótica do INESCTEC, e resulta da necessidade de ter informação externa exacta que sirva de referência no estudo, caracterização e desenvolvimento de algoritmos de localização, navegação e controlo de vários sistemas autónomos. Com base na caracterização dos veículos autónomos existentes na unidade de robótica do INESCTEC e na análise dos seus cenários de operação, foi efectuado o levantamento de requisitos para o sistema a desenvolver. Foram estudados os fundamentos teóricos, necessários ao desenvolvimento do sistema, em temas relacionados com visão computacional, métodos de estimação e associação de dados para problemas de seguimento de múltiplos objectos . Foi proposta uma arquitectura para o sistema global que endereça os vários requisitos identi cados, permitindo a utilização de múltiplas câmaras e suportando o seguimento de múltiplos objectos, com ou sem marcadores. Foram implementados e validados componentes da arquitectura proposta e integrados num sistema para validação, focando na localização e seguimento de múltiplos objectos com marcadores luminosos à base de Light-Emitting Diodes (LEDs). Nomeadamente, os módulos para a identi cação dos pontos de interesse na imagem, técnicas para agrupar os vários pontos de interesse de cada objecto e efectuar a correspondência das medidas obtidas pelas várias câmaras, método para a determinação da posição e atitude dos objectos, ltro para seguimento de múltiplos objectos. Foram realizados testes para validação e a nação do sistema implementado que demonstram que a solução encontrada vai de encontro aos requisitos, e foram identi cadas as linhas de trabalho para a continuação do desenvolvimento do sistema global.

Visual function assessment in medical imaging research

Background - Medical image perception research relies on visual data to study the diagnostic relationship between observers and medical images. A consistent method to assess visual function for participants in medical imaging research has not been developed and represents a significant gap in existing research. Methods - Three visual assessment factors appropriate to observer studies were identified: visual acuity, contrast sensitivity, and stereopsis. A test was designed for each, and 30 radiography observers (mean age 31.6 years) participated in each test. Results - Mean binocular visual acuity for distance was 20/14 for all observers. The difference between observers who did and did not use corrective lenses was not statistically significant (P = .12). All subjects had a normal value for near visual acuity and stereoacuity. Contrast sensitivity was better than population norms. Conclusion - All observers had normal visual function and could participate in medical imaging visual analysis studies. Protocols of evaluation and populations norms are provided. Further studies are necessary to understand fully the relationship between visual performance on tests and diagnostic accuracy in practice.

Análise da acuidade visual no implante de LIO fáquica em miopias elevadas

Introdução – Na correção de miopias elevadas, a cirurgia por implante de lente intraocular fáquica tem tido progressivamente uma maior adesão em relação à cirurgia por laser. Compara-se a acuidade visual (AV) antes e após a cirurgia implanto-refrativa, verificando-se a efetividade deste método no incremento da visão em miopias elevadas. Metodologia – Foram analisados, retrospetivamente, 70 olhos de 41 pacientes, com miopia elevada, entre os 20 e 50 anos, submetidos a cirurgia implanto-refrativa entre 2009 e 2012. Resultados – Um dia após cirurgia, 42,86% da amostra melhorou a AV, 34,29% manteve e 22,85% diminuiu. Após 30 dias observou-se um aumento generalizado da quantidade de visão, sendo que: 64,29% atingiu os 10/10 de AV, 24,29% alcançou entre 9/10-7/10 e 11,42% entre 6/10-4/10. Conclusão – Comprovou-se a efetividade desta técnica cirúrgica, verificando-se o aumento da AV em 52,86% da amostra.

Robot visual localization through local feature fusion: an evaluation of multiple classifiers combination approaches

In the last decade, local image features have been widely used in robot visual localization. In order to assess image similarity, a strategy exploiting these features compares raw descriptors extracted from the current image with those in the models of places. This paper addresses the ensuing step in this process, where a combining function must be used to aggregate results and assign each place a score. Casting the problem in the multiple classifier systems framework, in this paper we compare several candidate combiners with respect to their performance in the visual localization task. For this evaluation, we selected the most popular methods in the class of non-trained combiners, namely the sum rule and product rule. A deeper insight into the potential of these combiners is provided through a discriminativity analysis involving the algebraic rules and two extensions of these methods: the threshold, as well as the weighted modifications. In addition, a voting method, previously used in robot visual localization, is assessed. Furthermore, we address the process of constructing a model of the environment by describing how the model granularity impacts upon performance. All combiners are tested on a visual localization task, carried out on a public dataset. It is experimentally demonstrated that the sum rule extensions globally achieve the best performance, confirming the general agreement on the robustness of this rule in other classification problems. The voting method, whilst competitive with the product rule in its standard form, is shown to be outperformed by its modified versions.

Identidade visual corporativa enquanto recurso estratégico na competitividade entre organizações em Portugal

Dissertação apresentada à Escola Superior de Comunicação Social como parte dos requisitos para obtenção de grau de mestre em Publicidade e Marketing.

Application of Visual-Inertial SLAM for 3D Mapping of Underground Environments

The underground scenarios are one of the most challenging environments for accurate and precise 3d mapping where hostile conditions like absence of Global Positioning Systems, extreme lighting variations and geometrically smooth surfaces may be expected. So far, the state-of-the-art methods in underground modelling remain restricted to environments in which pronounced geometric features are abundant. This limitation is a consequence of the scan matching algorithms used to solve the localization and registration problems. This paper contributes to the expansion of the modelling capabilities to structures characterized by uniform geometry and smooth surfaces, as is the case of road and train tunnels. To achieve that, we combine some state of the art techniques from mobile robotics, and propose a method for 6DOF platform positioning in such scenarios, that is latter used for the environment modelling. A visual monocular Simultaneous Localization and Mapping (MonoSLAM) approach based on the Extended Kalman Filter (EKF), complemented by the introduction of inertial measurements in the prediction step, allows our system to localize himself over long distances, using exclusively sensors carried on board a mobile platform. By feeding the Extended Kalman Filter with inertial data we were able to overcome the major problem related with MonoSLAM implementations, known as scale factor ambiguity. Despite extreme lighting variations, reliable visual features were extracted through the SIFT algorithm, and inserted directly in the EKF mechanism according to the Inverse Depth Parametrization. Through the 1-Point RANSAC (Random Sample Consensus) wrong frame-to-frame feature matches were rejected. The developed method was tested based on a dataset acquired inside a road tunnel and the navigation results compared with a ground truth obtained by post-processing a high grade Inertial Navigation System and L1/L2 RTK-GPS measurements acquired outside the tunnel. Results from the localization strategy are presented and analyzed.

Combining sparse and dense methods in 6D Visual Odometry

13th International Conference on Autonomous Robot Systems (Robotica), 2013, Lisboa

6D Visual Odometry with Dense Probabilistic Egomotion Estimation

Proceedings of the International Conference on Computer Vision Theory and Applications, 361-365, 2013, Barcelona, Spain

Probabilistic Egomotion for Stereo Visual Odometry

We present a novel approach of Stereo Visual Odometry for vehicles equipped with calibrated stereo cameras. We combine a dense probabilistic 5D egomotion estimation method with a sparse keypoint based stereo approach to provide high quality estimates of vehicle’s angular and linear velocities. To validate our approach, we perform two sets of experiments with a well known benchmarking dataset. First, we assess the quality of the raw velocity estimates in comparison to classical pose estimation algorithms. Second, we added to our method’s instantaneous velocity estimates a Kalman Filter and compare its performance with a well known open source stereo Visual Odometry library. The presented results compare favorably with state-of-the-art approaches, mainly in the estimation of the angular velocities, where significant improvements are achieved.

Função visual e desempenho na leitura em crianças do 1º ciclo do ensino básico do concelho de Lisboa

RESUMO - Esta tese pretende ser um contributo para o estudo das anomalias da função visual e da sua influência no desempenho da leitura. Apresentava como objetivos: (1) Identificar a prevalência de anomalias da função visual, (2) Caracterizar o desempenho da leitura em crianças com e sem anomalias da função visual, (3) Identificar de que modo as anomalias da função visual influenciam o desempenho da leitura e (4) Identificar o impacto das variáveis que determinam o desempenho da leitura. Foi recolhida uma amostra de conveniência com 672 crianças do 1º ciclo do ensino básico de 11 Escolas do Concelho de Lisboa com idades compreendidas entre os 6 e os 11 anos (7,69±1,19), 670 encarregados de educação e 34 Professores. Para recolha de dados, foram utilizados três instrumentos: 2 questionários de perguntas fechadas, avaliação da função visual e prova de avaliação da leitura com 34 palavras. Após observadas, as crianças foram classificadas em dois grupos: função visual normal (FVN=562) e função visual alterada (FVA=110). Identificou-se uma prevalência de 16,4% de crianças com FVA. No teste de leitura, estas crianças apresentaram um menor número de palavras lidas corretamente (FVA=31,00; FVN=33,00; p<0,001) e menor precisão (FVA=91,18%; FVN=97,06%; p<0,001). Esta tendência também foi observada na comparação entre os 4 anos de escolaridade. As crianças com função visual alterada mostraram uma tendência para a omissão de letras e a confusão de grafema. Quanto à fluência (FVA=24,71; FVN=27,39; p=0,007) esta foi inferior nas crianças com FVA para todos os anos de escolaridade, exceto o 3º ano. As crianças com hipermetropia (p=0,003) e astigmatismo (p=0,019) não corrigido leram menos palavras corretamente (30,00; 31,00) e com menor precisão (88,24%; 91,18%) que as crianças sem erro refrativo significativo (32,00; 94,12%). A performance escolar classificada pelos professores foi inferior nas crianças com FVA e mais de ¼ necessitavam de medidas de apoio especial na escola. Não se verificaram diferenças significativas na performance da leitura das crianças com FVA por grupos de habilitações dos encarregados de educação. Verificou-se que o risco de ter um desempenho na leitura alterado é superior [OR=4,29; I.C.95%(2,49;7,38)] nas crianças que apresentam FVA. Relativamente ao 1º ano de escolaridade, o 2º, 3º e 4º anos apresentam um menor risco de ter um desempenho na leitura alterado. As variáveis método de ensino, habilitações dos encarregados de educação, tipo de escola (pública/privada), idade do Professor e número de anos de experiência do Professor, não foram fatores estatisticamente significativos para explicar a alteração do desempenho na leitura, quando o efeito da função visual se encontra contemplado no modelo. Um mau desempenho na leitura foi considerado nas crianças que apresentaram uma precisão inferior a 90%. Este indicador pode ser utilizado para identificar crianças em risco, que necessitam de uma observação Ortóptica/Oftalmológica para confirmação ou exclusão da existência de alterações da função visual. Este trabalho constitui um contributo para a identificação de crianças em desvantagem educacional devido a anomalias da função visual tratáveis, propondo um modelo que pretende orientar os professores na identificação de crianças que apresentem um baixo desempenho na leitura.

Cross-language influences on new second language vocabulary acquisition: the effect of learning method

Dissertação de mestrado integrado em Psicologia