Efficient topology estimation for large scale optical mapping

Large scale image mosaicing methods are in great demand among scientists who study different aspects of the seabed, and have been fostered by impressive advances in the capabilities of underwater robots in gathering optical data from the seafloor. Cost and weight constraints mean that lowcost Remotely operated vehicles (ROVs) usually have a very limited number of sensors. When a low-cost robot carries out a seafloor survey using a down-looking camera, it usually follows a predetermined trajectory that provides several non time-consecutive overlapping image pairs. Finding these pairs (a process known as topology estimation) is indispensable to obtaining globally consistent mosaics and accurate trajectory estimates, which are necessary for a global view of the surveyed area, especially when optical sensors are the only data source. This thesis presents a set of consistent methods aimed at creating large area image mosaics from optical data obtained during surveys with low-cost underwater vehicles. First, a global alignment method developed within a Feature-based image mosaicing (FIM) framework, where nonlinear minimisation is substituted by two linear steps, is discussed. Then, a simple four-point mosaic rectifying method is proposed to reduce distortions that might occur due to lens distortions, error accumulation and the difficulties of optical imaging in an underwater medium. The topology estimation problem is addressed by means of an augmented state and extended Kalman filter combined framework, aimed at minimising the total number of matching attempts and simultaneously obtaining the best possible trajectory. Potential image pairs are predicted by taking into account the uncertainty in the trajectory. The contribution of matching an image pair is investigated using information theory principles. Lastly, a different solution to the topology estimation problem is proposed in a bundle adjustment framework. Innovative aspects include the use of fast image similarity criterion combined with a Minimum spanning tree (MST) solution, to obtain a tentative topology. This topology is improved by attempting image matching with the pairs for which there is the most overlap evidence. Unlike previous approaches for large-area mosaicing, our framework is able to deal naturally with cases where time-consecutive images cannot be matched successfully, such as completely unordered sets. Finally, the efficiency of the proposed methods is discussed and a comparison made with other state-of-the-art approaches, using a series of challenging datasets in underwater scenarios

Visión por computador para UAS

La visión por computador es una parte de la inteligencia artificial que tiene una aplicación industrial muy amplia, desde la detección de piezas defectuosas al control de movimientos de los robots para la fabricación de piezas. En el ámbito aeronáutico, la visión por computador es una herramienta de ayuda a la navegación, pudiendo usarse como complemento al sistema de navegación inercial, como complemento a un sistema de posicionamiento como el GPS, o como sistema de navegación visual autónomo.Este proyecto establece una primera aproximación a los sistemas de visión articial y sus aplicaciones en aeronaves no tripuladas. La aplicación que se desarrollará será la de apoyo al sistema de navegación, mediante una herramienta que a través de las imágenes capturadas por una cámara embarcada, dé la orden al autopiloto para posicionar el aparato frente la pista en la maniobra de aterrizaje.Para poder realizar ese cometido, hay que estudiar las posibilidades y los desarrollos que el mercado ofrece en este campo, así como los esfuerzos investigadores de los diferentes centros de investigación, donde se publican multitud soluciones de visión por computador para la navegación de diferentes vehículos no tripulados, en diferentes entornos. Ese estudio llevará a cabo el proceso de la aplicación de un sistema de visión articial desde su inicio. Para ello, lo primero que se realizará será definir una solución viable dentro de las posibilidades que la literatura permita conocer. Además, se necesitará realizar un estudio de las necesidades del sistema, tanto de hardware como de software, y acudir al mercado para adquirir la opción más adecuada que satisfaga esas necesidades. El siguiente paso es el planteamiento y desarrollo de la aplicación, mediante la defnición de un algoritmo y un programa informático que aplique el algoritmo y analizar los resultados de los ensayos y las simulaciones de la solución. Además, se estudiará una propuesta de integración en una aeronave y la interfaz de la estación de tierra que debe controlar el proceso. Para finalizar, se exponen las conclusiones y los trabajos futuros para continuar la labor de desarrollo de este proyecto.

Desarrollo de un programa informático para potenciar las prácticas sobre GPS en la ayuda a la navegación terrestre.

Este proyecto ha sido desarrollado en el Departamento de Teoría de la Señal y Comunicaciones e Ingeniería Telemática de la Universidad de Valladolid, y han contribuido a su realización cuatro profesores del citado departamento. El objetivo principal de este proyecto ha sido desarrollar un programa informático que permita la navegación terrestre mediante el Sistema de Posicionamiento Global por Satélites (GPS). Concretamente, se ha aplicado para que permita la navegación terrestre en los alrededores de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Telecomunicación de la Universidad de Valladold. Para ello, se ha desarrollado un programa software en el entorno de programación Visual C++ . Esta aplicación dispone de un interface gráfico para el tratamiento de los datos recogidos con una tarjeta receptora GPS Microtraker, que se utiliza para adquirir los datos emitidos por los satélites y calcular los diferentes parámetros dados por este sistema. La aplicación elaborada sirve para potenciar la eficacia de las prácticas y por ello se ha adaptado para incorporarla a las prácticas relativas al sistema GPS, que se llevan a cabo en la asignatura optativa de segundo ciclo : Sistemas de telecomunicación III que se imparte en la titulación de Ingeniería de la Telecomunicación. Como resultado del proyecto tenemos la aplicación informática desarrollada que permite la navegación terrestre mediante GPS y un manual de usuario para su utilización, que en la actualidad no está publicado.

Indagaciones visuales en la representación fotográfica del foto estudio Rosales: cartografía de los flujos de poder. Apuntes de navegación de -un velero llamado- Plataforma_SUR

La presente investigación indaga desde los Estudios Culturales, y en especial a partir del entrecruzamiento entre los Estudios Visuales (Estudios Culturales de lo visual en la acepción de José Luís Brea) y las prácticas artísticas, unos potenciales modos-otros para (re)leer la representación fotográfica de género, clase y etnia. En tal virtud, este trabajo parte del análisis de la visualidad -los modos de ver y ser vistos- que los distintos grupos sociales registraron para la posteridad en un determinado número de series de retratos fotográficos producidos por el Foto Estudio Rosales entre 1925 y 1965 en la ciudad de Ibarra. La idea de un “retrato consensuado” entre retratado y retratante permite pensar en una suerte de mise-en-scène (puesta en escena) como forma discursiva de los llamados flujos de poder que décadas más tarde pueden ser rastreados en tales imágenes fotográficas. El desarrollo argumentativo y estructural de esta tesis puede ser leída como un texto dramatúrgico que, en tres actos (partes) establece los tres momentos del “drama”. Así, el primer acto está reservado a la presentación del conflicto en el que establecemos los personajes [sociales] y la trama que suponen las preguntas de investigación y las precisiones conceptuales y metodológicas. El segundo acto, conocido en la dramaturgia como el desarrollo, permite rastrear en tres capítulos -concebidos como tres casos de estudio- las tensiones que, en torno a los modos de retratarse y ser retratados, desarrollaron los diferentes grupos como parte de sus estrategias de visibilizacion. El conflicto es llevado aquí a las disputas por el encuadre del retrato fotográfico, una porción poética de lo real retratado por el fotógrafo para “la eternidad”. En la parte final, el llamado desenlace, sistematiza una serie de conclusiones que permiten pensar un marco metodológico para poner en marcha políticas-otras de ver y ser vistos.

Arquitectura cognitiva híbrida para la navegación autónoma de UAVs mediante mapas topológicos visuales

El objetivo fundamental de la presente tesis doctoral es el diseño de una arquitectura cognitiva, que pueda ser empleada para la navegación autónoma de vehículos aéreos no tripulados conocidos como UAV (Unmanned Aerial Vehicle). Dicha arquitectura cognitiva se apoya en la definición de una librería de comportamientos, que aportarán la inteligencia necesaria al UAV para alcanzar los objetivos establecidos, en base a la información sensorial recopilada del entorno de operación. La navegación autónoma del UAV se apoyará en la utilización de un mapa topológico visual, consistente en la definición de un grafo que engloba mediante nodos los diferentes landmarks ubicados en el entorno, y que le servirán al UAV de guía para alcanzar su objetivo. Los arcos establecidos entre los nodos del mapa topológico, le proporcionarán de la información necesaria para establecer el rumbo más adecuado para alcanzar el siguiente landmark a visitar, siguiendo siempre una secuencia lógica de navegación, basada en la distancia entre un determinado landmark con respecto al objetivo final ó landmark destino. La arquitectura define un mecanismo híbrido de control, el cual puede conmutar entre dos diferentes modos de navegación. El primero es el denominado como Search Mode, el cual se activará cuando el UAV se encuentre en un estado desconocido dentro del entorno, para lo cual hará uso de cálculos basado en la entropía para la búsqueda de posibles landmarks. Se empleará como estrategia novedosa la idea de que la entropía de una imagen tiene una correlación directa con respecto a la probabilidad de que dicha imagen contenga uno ó varios landmarks. De esta forma, la estrategia para la búsqueda de nuevos landmarks en el entorno, se basará en un proceso continuo de maximización de la entropía. Si por el contrario el UAV identifica la existencia de un posible landmark entre los definidos en su mapa topológico, se considerará que está sobre un estado conocido, por lo que se conmutará al segundo modo de navegación denominado como Homing Mode, el cual se encargará de calcular señales de control para la aproximación del UAV al landmark localizado. Éste último modo implementa un control dual basado en dos tipos de controladores (FeedForward/FeedBack) que mediante su combinación, aportarán al UAV señales de control cada vez más óptimas, además de llevar a cabo un entrenamiento continuo y en tiempo real. Para cumplir con los requisitos de ejecución y aprendizaje en tiempo real de la arquitectura, se han tomado como principales referencias dos paradigmas empleados en diferentes estudios dentro del área de la robótica, como son el paradigma de robots de desarrollo (developmental robots) basado en un aprendizaje del robot en tiempo real y de forma adaptativa con su entorno, así como del paradigma de modelos internos (internal models) basado en los resultados obtenidos a partir de estudios neurocientíficos del cerebelo humano; dicho modelo interno sirve de base para la construcción del control dual de la arquitectura. Se presentarán los detalles de diseño e implementación de los diferentes módulos que componen la arquitectura cognitiva híbrida, y posteriormente, los diferentes resultados obtenidos a partir de las pruebas experimentales ejecutadas, empleando como UAV la plataforma robótica aérea de AR.Drone. Como resultado final se ha obtenido una validación completa de la arquitectura cognitiva híbrida objetivo de la tesis, cumplimento con la totalidad de requisitos especificados y garantizando su viabilidad como aplicación operativa en el mundo real. Finalmente, se muestran las distintas conclusiones a las cuales se ha llegado a partir de los resultados experimentales, y se presentan las diferentes líneas de investigación futuras que podrán ser ejecutadas.

Una aproximación a la realidad de las plataformas virtuales de las universidades españolas: el primer reto para una educación personalizada en personas con discapacidad motórica o visual

El punto de partida para ofrecer una educación universitaria personalizada basada en entornos de educación onlinea personas con diversidad funcional debe centrarse en garantizar la óptima accesibilidad a su contenido web y a los recursos de aprendizaje. En la actualidad, la mayoría de las universidades disponen de plataformas virtuales de educación, con un importante peso para el correcto desarrollo de sus estudios y para la optimización del aprendizaje de su alumnado. Por otro lado, los entornos virtuales suponen un importante punto de acceso a la posible matriculación en dichas universidades del alumnado con discapacidad. Este trabajo tiene dos objetivos. El primero de ellos consiste en definir cuáles son las condiciones óptimas de accesibilidad web de las plataformas virtuales de educación y de los sitios web de las universidades para personas que presentan discapacidad visual o discapacidad motórica, de acuerdo a los estándares internacionales. El segundo objetivo del trabajo persigue ofrecer una breve aproximación al grado de accesibilidad de los sitios web de las universidades españolas para el alumnado con esas dos discapacidades. El trabajo sigue un diseño descriptivo basado en dos elementos de análisis. Por un lado, la revisión de estudios de accesibilidad y diversidad funcional y, por otro, el análisis de la accesibilidad web de los sitios web de las 78 universidades españolas. Se concluye que existen dificultades de accesibilidad web y navegación en los entornos virtuales de las universidades españolas, situación que, por lo tanto, redunda en limitaciones en el aprendizaje de los colectivos de estudiantes con limitaciones.