Calibración de cámaras de tiempo de vuelo: ajuste adaptativo del tiempo de integración y análisis de la frecuencia de modulación

La percepción de profundidad se hace imprescindible en muchas tareas de manipulación, control visual y navegación de robots. Las cámaras de tiempo de vuelo (ToF: Time of Flight) generan imágenes de rango que proporcionan medidas de profundidad en tiempo real. No obstante, el parámetro distancia que calculan estas cámaras es fuertemente dependiente del tiempo de integración que se configura en el sensor y de la frecuencia de modulación empleada por el sistema de iluminación que integran. En este artículo, se presenta una metodología para el ajuste adaptativo del tiempo de integración y un análisis experimental del comportamiento de una cámara ToF cuando se modifica la frecuencia de modulación. Este método ha sido probado con éxito en algoritmos de control visual con arquitectura ‘eye-in-hand’ donde el sistema sensorial está compuesto por una cámara ToF. Además, la misma metodología puede ser aplicada en otros escenarios de trabajo.

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.

Procesado de vídeo digital

Programa de doctorado: Cibermética y Telecomunicación.

Calibración geométrica de cámaras no métricas. Estudio de metodologías y modelos matemáticos de distorsión

La Fotogrametría, como ciencia y técnica de obtención de información tridimensional del espacio objeto a partir de imágenes bidimensionales, requiere de medidas de precisión y en ese contexto, la calibración geométrica de cámaras ocupa un lugar importante. El conocimiento de la geometría interna de la cámara es fundamental para lograr mayor precisión en las medidas realizadas. En Fotogrametría Aérea se utilizan cámaras métricas (fabricadas exclusivamente para aplicaciones cartográficas), que incluyen objetivos fotográficos con sistemas de lentes complejos y de alta calidad. Pero en Fotogrametría de Objeto Cercano se está trabajando cada vez con más asiduidad con cámaras no métricas, con ópticas de peor calidad que exigen una calibración geométrica antes o después de cada trabajo. El proceso de calibración encierra tres conceptos fundamentales: modelo de cámara, modelo de distorsión y método de calibración. El modelo de cámara es un modelo matemático que aproxima la transformación proyectiva original a la realidad física de las lentes. Ese modelo matemático incluye una serie de parámetros entre los que se encuentran los correspondientes al modelo de distorsión, que se encarga de corregir los errores sistemáticos de la imagen. Finalmente, el método de calibración propone el método de estimación de los parámetros del modelo matemático y la técnica de optimización a emplear. En esta Tesis se propone la utilización de un patrón de calibración bidimensional que se desplaza en la dirección del eje óptico de la cámara, ofreciendo así tridimensionalidad a la escena fotografiada. El patrón incluye un número elevado de marcas, lo que permite realizar ensayos con distintas configuraciones geométricas. Tomando el modelo de proyección perspectiva (o pinhole) como modelo de cámara, se realizan ensayos con tres modelos de distorsión diferentes, el clásico de distorsión radial y tangencial propuesto por D.C. Brown, una aproximación por polinomios de Legendre y una interpolación bicúbica. De la combinación de diferentes configuraciones geométricas y del modelo de distorsión más adecuado, se llega al establecimiento de una metodología de calibración óptima. Para ayudar a la elección se realiza un estudio de las precisiones obtenidas en los distintos ensayos y un control estereoscópico de un panel test construido al efecto. ABSTRACT Photogrammetry, as science and technique for obtaining three-dimensional information of the space object from two-dimensional images, requires measurements of precision and in that context, the geometric camera calibration occupies an important place. The knowledge of the internal geometry of the camera is fundamental to achieve greater precision in measurements made. Metric cameras (manufactured exclusively for cartographic applications), including photographic lenses with complex lenses and high quality systems are used in Aerial Photogrammetry. But in Close Range Photogrammetry is working increasingly more frequently with non-metric cameras, worst quality optical components which require a geometric calibration before or after each job. The calibration process contains three fundamental concepts: camera model, distortion model and method of calibration. The camera model is a mathematical model that approximates the original projective transformation to the physical reality of the lenses. The mathematical model includes a series of parameters which include the correspondents to the model of distortion, which is in charge of correcting the systematic errors of the image. Finally, the calibration method proposes the method of estimation of the parameters of the mathematical modeling and optimization technique to employ. This Thesis is proposing the use of a pattern of two dimensional calibration that moves in the direction of the optical axis of the camera, thus offering three-dimensionality to the photographed scene. The pattern includes a large number of marks, which allows testing with different geometric configurations. Taking the projection model perspective (or pinhole) as a model of camera, tests are performed with three different models of distortion, the classical of distortion radial and tangential proposed by D.C. Brown, an approximation by Legendre polynomials and bicubic interpolation. From the combination of different geometric configurations and the most suitable distortion model, brings the establishment of a methodology for optimal calibration. To help the election, a study of the information obtained in the various tests and a purpose built test panel stereoscopic control is performed.

Capacidad de enraizamiento de plantas matrices promisorias de Myrciaria dubia (Kunth) Mc Vaugh en cámaras de subirrigación¹

Camu camu es una fruta nativa de la Amazonía, que llama la atención por el alto contenido de vitamina C (6,116 mg/ 100 g de pulpa), está en proceso de domesticación, por lo cual se está investigando un método de propagación vegetativa que permita avanzar en el proceso de mejoramiento genético. El objetivo de este trabajo fue evaluar la capacidad rizogénica de plantas matrices promisorias de camu camu "Myrciaria dubia (Kunth) McVaugh" según el aumento del número de hojas, mediante la técnica de estacas herbáceas en cámaras de subirrigación. El ensayo fue conducido mediante un Diseño de Bloques Completamente al Azar (DBCA) con arreglo factorial 9Ax3B, con 3 repeticiones y 15 estacas por unidad experimental. El factor A, estuvo constituido por nueve plantas matrices y el factor B: pares de hojas con 3 niveles: 1; 2 y 3 pares. El enraizamiento fue evaluado después de 90 días. Se observó que existió interacción estadística significativa para las variables: porcentaje de enraizamiento, longitud y número de raíces. Para las variables porcentaje de callo y porcentaje de mortalidad se encontró efecto de la planta matriz y pares de hojas. Los resultados muestran que el porcentaje de enraizamiento estuvo influenciado por efectos intrínsecos adherentes a la variabilidad genotípica de las plantas matrices, presentando un alto grado de dispersión, que osciló entre 91,11 % y 0,00 %, mostrando una alta variabilidad y marcada influencia de la planta matriz sobre el proceso de rizogénesis, influyendo de manera altamente significativa en el enraizamiento. Con respecto al área foliar, estacas con 2 y 3 pares de hojas, independiente de la planta matriz, presentaron mayor capacidad de enraizamiento. Con base en estos resultados se concluye que el efecto de la variabilidad genotípica y el área foliar influyen de manera altamente significativa en el proceso de rizogénesis de estacas herbáceas de camu camu.

Caminhamento fotogramétrico com arranjo triangular de câmaras fotográficas

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Contributo para a utilização segura de câmaras de segurança biológica na manipulação de medicamentos citotóxicos

Mestrado em Segurança e Higiene do Trabalho.

Optimização do posicionamento de câmaras de vídeo-vigilância

Dissertação de Mestrado em Engenharia de Redes de Comunicação e Multimédia

Estudo comparativo de três câmaras de ionização para medição directa do equivalente de dose individual, a 10 mm de profundidade, Hp(10)

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

História e património nos sítios web das câmaras municipais: a sugestão de boas prática e o evitar de maus procedimentos de divulgação

Trabalho de Projecto apresentado para cumprimento dos requisitos necessários à obtenção do grau de Mestre em Práticas Culturais para Municípios

O papel das câmaras de comércio nas relações comerciais internacionais. O caso da Câmara de Comércio Luso-Belga-Luxemburguesa

Relatório de Estágio apresentado para cumprimento dos requisitos necessários à obtenção do grau de Mestre em Ciência Política e Relações Internacionais

O Uso de Câmaras Digitais e a Imaginação Cinematográfica. Um Novo Cinema na Era das Câmaras Fotográficas Digitais DSLR e dos Smartphones

O presente trabalho propõe o estudo do contexto contemporâneo de grandes desenvolvimentos de dispositivos móveis e de câmaras digitais. Considerando as novas práticas na comunicação e no entretenimento audiovisual, podemos estabelecer uma relação com a nova fenomenologia de produção de vídeos com equipamentos não convencionais na medida que se estabelecem como um meio de perturbação das normas históricas de produção e distribuição do cinema convencional. É extraordinária a evolução tecnológica na era moderna, mas nem sempre nos apresenta todas as suas utilidades. Em muitos casos é através da experimentação que se vislumbram determinados benefícios do uso de um equipamento. Torna-se necessário então perceber as diferentes características que inicialmente não foram indicadas para uma determinada tecnologia. Temos de experimentar diversas variações e registar as suas vicissitudes de modo a compreender as suas possibilidades. Só assim se perfilam as funcionalidades especiais de um determinado equipamento, pela unificação do potencial criativo que se conquista através da experiência empírica. É necessário reflectir o cinema independente moderno do ponto de vista desta busca por um paradigma próprio, muito impulsionado pela liberdade criativa dos realizadores contemporâneos. O baixo custo dos novos equipamentos tecnológicos suprime à partida diversas restrições, que embora invisíveis, reduzem a liberdade de realizadores independentes sem fundos de apoio para a produção dos seus projectos. As novas tecnologias constituem uma abertura para maior actividade de produção de vídeo, possibilitando inúmeras abordagens estéticas que buscam outras soluções visuais e novas linguagens cinematográficas, além do standard.

Endocardite infecciosa em câmaras direitas: discrepância entre evolução clínica e ecocardiográfica: relato de caso

A endocardite infecciosa é uma patologia relativamente rara na prática clínica, e, apesar dos avanços em seu diagnóstico e tratamento, sua morbi-mortalidade ainda é significativa. Muitas vezes é difícil a identificação de suas complicações e a conduta frente a elas, ocorrendo com freqüência a dissociação entre a evolução clínica e os achados de exames complementares - principalmente ecocardiográficos. A decisão clínica torna-se ainda mais difícil frente às manifestações atípicas da doença, como a endocardite de câmaras direitas. Este é o relato de um caso raro de endocardite de câmaras direitas em uma paciente renal crônica, cuja piora dos achados ecocardiográficos se opunha à evolução clínica favorável. Esta situação pode suscitar dificuldade quanto aos critérios para indicação cirúrgica e a segurança do tratamento conservador.

Comunicação Android com câmaras ONVIF e gestão de Perfis de Media

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia de Telecomunicações e Informática