Detección de fatiga y somnolencia del conductor mediante visión por computador

Hoy en día los accidentes de tráfico son eventos que ocurren con bastante frecuencia y que acarrean consecuencias muy graves para todos los usuarios de la vía que se encuentran implicados. El impacto de estos no solo se limita a las víctimas que se ven involucradas de manera directa, sino que muchos individuos se ven afectados indirectamente por sus repercusiones. Una de las principales causas de estos accidentes es la presencia de conductores en la vía que padecen de síntomas de fatiga y/o somnolencia, puesto que su grado de atención a la carretera es mucho más reducido y resultan mucho más susceptibles a distracciones y a realizar maniobras erráticas. Este proyecto tiene como objetivo desarrollar un algoritmo capaz de detectar los síntomas de fatiga y/o somnolencia de los conductores mediante técnicas de visión por computador, para habilitar la aplicación de estrategias que alerten a los conductores, prevengan posibles accidentes y mantengan la seguridad vial. Después de plantear las diferentes alternativas disponibles, para desarrollar este sistema se ha optado por realizar una extracción manual de un conjunto de indicadores que describen el comportamiento de los conductores mediante técnicas de visión por computador. Una vez se han obtenido dichos indicadores, se ha optado por aplicar algoritmos de \textit{Machine Learning} para determinar el estado de fatiga de los conductores a partir de estas características.Nowadays, traffic accidents are events that happen very frequently and that result in grave consequences for all the users of the road that see themselves directly involved. Their impact is not only limited to those victims which are involved directly, but their repercussions also affect a big amount of individuals in an indirect manner. One of the main causes of these accidents is the presence of drivers that suffer from fatigue and/or somnolence on the asphalt, because their level of attention to the road is severely reduced and they are much more prone to be distracted or to carry out erratic maneuvers. The main goal of this project is to develop an algorithm capable of detecting the fatigue and/or somnolence of drivers through the application of computer vision techniques, in order to allow the application of strategies to keep the drivers alert, anticipate possible accidents and keep road safety. After analyzing the set of available alternatives, the system has been designed to perform a manual extraction of a set of features that describe the drivers' behaviour through the use of computer vision techniques. Once these features have been generated, machine learning techniques are applied to determine the drivers' fatigue level based on the set of features

Implementación de un prototipo para la medición del pulso cardíaco mediante procesamiento de vídeo en la tarjeta de desarrollo JETSON TX1

Proyecto de Graduación (Licenciatura en Ingeniería Electrónica) Instituto Tecnológico de Costa Rica, Escuela de Ingeniería Electrónica, 2018Non-invasive techniques for vital signs monitoring have been developing in the last years due to interdisciplinary fields like the computer vision and artificial intelligence. So, in RidgeRun Engineering, there is a need for implementing an image processing system based on the Eulerian video Magnification (EVM) algorithm to detect the heart pulse in the embedded system Jetson TX1, as a way to explore its capabilities. This document describes the design and implementation of this system to detect the heart pulse of a person from video images. The application can be split into two main stages: the implementation of the EVM algorithm in C++ and the post-processing necessary in the video with the magnified signal of interest. In the first stage, the architecture of the algorithm implementation is detailed and for the second stage, the approach to extract the heart pulse is described. A wide variety of tests have been done to verify the implementation, this includes: the calculation of the structural similarity (SSIM), the quantitative comparison of the heart pulse with simultaneous measurements from an oximeter and performance tests. The results demonstrate that the solution, using the GPU, is capable to estimate the heart pulse with an accuracy near the 95 %

Optimización de tráfico en redes multiservicios aplicando técnicas heurísticas

El abrupto crecimiento del tráfico presente en las redes convergentes actuales, trae como consecuencia la implementación de nuevas tecnologías que permiten ofrecer a los usuarios mayores anchos de banda para lo cual es necesario realizar una distribución óptima del tráfico, tomando algún criterio de desempeño y teniendo en cuenta la elasticidad del flujo que involucra atender tráficos tan disímiles como voz, video, sonido, datos, entre otros. Optimizar la distribución de distintos requerimientos considerando estos aspectos en redes multiservicios permite garantizar la disponibilidad de la red para los requerimientos de tráfico, cuando las demandas modernas ponen en riesgo de congestión a las redes que utilizan las técnicas tradicionales de conmutación. MPLS (conmutación de etiquetas multiprotocolo) se ha convertido en una tecnología eficaz en la solución a estos inconvenientes, aunque el problema de la selección de la mejor ruta y de la distribución de tráfico no solo sigue existiendo, sino que exige nuevas propuestas de optimización del enrutamiento. En muchos casos, la planificación óptima de distribución de tráfico en redes MPLS, conlleva la necesidad de resolver un problema de optimización combinatorio de características tales que, para instancias medias o grandes del problema, los métodos determinísticos no son adecuados desde el punto de vista del tiempo de ejecución necesario para obtener el óptimo. En este punto las heurísticas, constituyen una alternativa válida para proporcionar buenas soluciones en tiempos aceptables. En esta tesis se presenta una taxonomía de estrategias heurísticas y metaheurísticas con el objetivo de distribuir los requerimientos en los enlaces disponibles de una red minimizando el costo de enrutamiento, al tiempo que se satisfacen restricciones en cuanto a demanda y capacidad de cada enlace. Se presenta el desarrollo, descripción y modelado del problema, se diseñan diferentes algoritmos bio-inspirados en el comportamiento de enjambres que brindan una solución de configuración fuera de línea, a este problema tradicional de la ingeniería de tráfico en redes con alta interconectividad. Se implementan cinco algoritmos inspirados en bandadas de pájaros, colonias de hormigas y el comportamiento de quirópteros, que permiten determinar una solución óptima explorando el espacio de búsqueda desde diferentes estrategias. Se ejecutan los algoritmos sobre cuatro redes de ensayo de diferentes tamaños, con lo que se determina la aplicabilidad de los algoritmos, y los parámetros óptimos de funcionamiento en cada caso, se presenta el análisis comparativo de los resultados obtenidos y se dejan planteadas distintas opciones de trabajos e investigaciones a futuro.Facultad de Informátic

Vail: un framework para el desarrollo de aplicaciones con redes neuronales artificiales

El presente trabajo fue desarrollado en el marco de la asignatura Inteligencia Computacional de la UTN-FRSF a lo largo del 2º cuatrimestre del ciclo lectivo 2012. Presenta la implementación de un aplicativo llamado Vail, el cual sirve como plataforma para modelar soluciones basadas en el uso de Redes Neuronales Artificiales. Los fundamentos teóricos que enmarcaron su origen, junto con la descripción de su desarrollo y posterior organización en paquetes y clases; son algunos de los principales temas que se presentan. Se incluye además, la resolución de un caso práctico que utiliza como soporte de desarrollo el framework implementado. De esta manera, se muestran las ventajas y desventajas del mismo, obteniéndose una herramienta que podría ser utilizada con fines educacionales para la enseñanza de Redes Neuronales.Sociedad Argentina de Informática e Investigación Operativ

Vail: un framework para el desarrollo de aplicaciones con redes neuronales artificiales

El presente trabajo fue desarrollado en el marco de la asignatura Inteligencia Computacional de la UTN-FRSF a lo largo del 2º cuatrimestre del ciclo lectivo 2012. Presenta la implementación de un aplicativo llamado Vail, el cual sirve como plataforma para modelar soluciones basadas en el uso de Redes Neuronales Artificiales. Los fundamentos teóricos que enmarcaron su origen, junto con la descripción de su desarrollo y posterior organización en paquetes y clases; son algunos de los principales temas que se presentan. Se incluye además, la resolución de un caso práctico que utiliza como soporte de desarrollo el framework implementado. De esta manera, se muestran las ventajas y desventajas del mismo, obteniéndose una herramienta que podría ser utilizada con fines educacionales para la enseñanza de Redes Neuronales.Sociedad Argentina de Informática e Investigación Operativ

Desarrollo de una red de sensores inalámbrica mallada para gestión remota de alumbrado público

El presente Trabajo Fin de Máster presenta el estudio, diseño e implementación de una red de dispositivos mallada e inalámbrica sustentada por estándares y protocolos abiertos que permiten desarrollar un sistema compatible y adaptable para la gestión y el traspaso de información correspondiente a distintos servicios urbanos como el alumbrado público, el agua o la energía. La red de comunicaciones desarrollada formará parte del proyecto STELARIA, un sistema de gestión remoto e inalámbrico punto a punto para alumbrado público, desarrollado por la empresa española ELT (Especialidades Luminotécnicas S.A.)

Vail: un framework para el desarrollo de aplicaciones con redes neuronales artificiales

El presente trabajo fue desarrollado en el marco de la asignatura Inteligencia Computacional de la UTN-FRSF a lo largo del 2º cuatrimestre del ciclo lectivo 2012. Presenta la implementación de un aplicativo llamado Vail, el cual sirve como plataforma para modelar soluciones basadas en el uso de Redes Neuronales Artificiales. Los fundamentos teóricos que enmarcaron su origen, junto con la descripción de su desarrollo y posterior organización en paquetes y clases; son algunos de los principales temas que se presentan. Se incluye además, la resolución de un caso práctico que utiliza como soporte de desarrollo el framework implementado. De esta manera, se muestran las ventajas y desventajas del mismo, obteniéndose una herramienta que podría ser utilizada con fines educacionales para la enseñanza de Redes Neuronales.Sociedad Argentina de Informática e Investigación Operativ

Comparación e implementación de técnicas de Beat-Tracking para la ayuda del aprendizaje musical

En este trabajo se comparan 3 algoritmos de medida del pulso musical, que funcionan bajo técnicas de procesado digital de señal, mediante una base de datos de pistas elaborado específicamente para ser una tarea complicada para los algoritmos. La comparativa se trata mediante técnicas estadística y se centra en 3 aspectos, que algoritmo obtiene mejores resultados de obtención del pulso musical y tempo, que algoritmo obtiene los mejores resultados en cada uno de los géneros musicales utilizados y que algoritmo alcanza la mejor actuación con pistas donde predomina o no los sonidos de bombo y caja. También se afronta una comparativa entre algoritmos y anotadores humanos.El trabajo finaliza con una implementación de uno de los algoritmos en un prototipo basado en el microcontrolador ESP-32, que permitirá representar visualmente el ritmo musical en tiempo real a través de un periférico LED, creando así un apoyo musical para estudiantes.<br /

Hardware dedicado para sistemas empotrados de visión

La constante evolución de las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones no solo ha permitido que más de la mitad de la población mundial esté actualmente interconectada a través de Internet, sino que ha sido el caldo de cultivo en el que han surgido nuevos paradigmas, como el ‘Internet de las cosas’ (IoT) o la ‘Inteligencia ambiental’ (AmI), que plantean la necesidad de interconectar objetos con distintas funcionalidades para lograr un entorno digital, sensible y adaptativo, que proporcione servicios de muy distinta índole a sus usuarios. La consecución de este entorno requiere el desarrollo de dispositivos electrónicos de bajo coste que, con tamaño y peso reducido, sean capaces de interactuar con el medio que los rodea, operar con máxima autonomía y proporcionar un elevado nivel de inteligencia. La funcionalidad de muchos de estos dispositivos incluirá la capacidad para adquirir, procesar y transmitir imágenes, extrayendo, interpretando o modificando la información visual que resulte de interés para una determinada aplicación. En el marco de este desafío surge la presente Tesis Doctoral, cuyo eje central es el desarrollo de hardware dedicado para la implementación de algoritmos de procesamiento de imágenes y secuencias de vídeo usados en sistemas empotrados de visión. El trabajo persigue una doble finalidad. Por una parte, la búsqueda de soluciones que, por sus prestaciones y rendimiento, puedan ser incorporadas en sistemas que satisfagan las estrictas exigencias de funcionalidad, tamaño, consumo de energía y velocidad de operación demandadas por las nuevas aplicaciones. Por otra, el diseño de una serie de bloques funcionales implementados como módulos de propiedad intelectual, que permitan aliviar la carga computacional de las unidades de procesado de los sistemas en los que se integren. En la Tesis se proponen soluciones específicas para la implementación de dos tipos de operaciones habitualmente presentes en muchos sistemas de visión artificial: la sustracción de fondo y el etiquetado de componentes conexos. Las distintas alternativas surgen como consecuencia de aplicar una adecuada relación de compromiso entre funcionalidad y coste, entendiendo este último criterio en términos de recursos de cómputo, velocidad de operación y potencia consumida, lo que permite cubrir un amplio espectro de aplicaciones. En algunas de las soluciones propuestas se han utilizado además, técnicas de inferencia basadas en Lógica Difusa con idea de mejorar la calidad de los sistemas de visión resultantes. Para la realización de los diferentes bloques funcionales se ha seguido una metodología de diseño basada en modelos, que ha permitido la realización de todo el ciclo de desarrollo en un único entorno de trabajo. Dicho entorno combina herramientas informáticas que facilitan las etapas de codificación algorítmica, diseño de circuitos, implementación física y verificación funcional y temporal de las distintas alternativas, acelerando con ello todas las fases del flujo de diseño y posibilitando una exploración más eficiente del espacio de posibles soluciones. Asimismo, con el objetivo de demostrar la funcionalidad de las distintas aportaciones de esta Tesis Doctoral, algunas de las soluciones propuestas han sido integradas en sistemas de vídeo reales, que emplean buses estándares de uso común. Los dispositivos seleccionados para llevar a cabo estos demostradores han sido FPGAs y SoPCs de Xilinx, ya que sus excelentes propiedades para el prototipado y la construcción de sistemas que combinan componentes software y hardware, los convierten en candidatos ideales para dar soporte a la implementación de este tipo de sistemas.The continuous evolution of the Information and Communication Technologies (ICT), not only has allowed more than half of the global population to be currently interconnected through Internet, but it has also been the breeding ground for new paradigms such as Internet of Things (ioT) or Ambient Intelligence (AmI). These paradigms expose the need of interconnecting elements with different functionalities in order to achieve a digital, sensitive, adaptive and responsive environment that provides services of distinct nature to the users. The development of low cost devices, with small size, light weight and a high level of autonomy, processing power and ability for interaction is required to obtain this environment. Attending to this last feature, many of these devices will include the capacity to acquire, process and transmit images, extracting, interpreting and modifying the visual information that could be of interest for a certain application. This PhD Thesis, focused on the development of dedicated hardware for the implementation of image and video processing algorithms used in embedded systems, attempts to response to this challenge. The work has a two-fold purpose: on one hand, the search of solutions that, for its performance and properties, could be integrated on systems with strict requirements of functionality, size, power consumption and speed of operation; on the other hand, the design of a set of blocks that, packaged and implemented as IP-modules, allow to alleviate the computational load of the processing units of the systems where they could be integrated. In this Thesis, specific solutions for the implementation of two kinds of usual operations in many computer vision systems are provided. These operations are background subtraction and connected component labelling. Different solutions are created as the result of applying a good performance/cost trade-off (approaching this last criteria in terms of area, speed and consumed power), able to cover a wide range of applications. Inference techniques based on Fuzzy Logic have been applied to some of the proposed solutions in order to improve the quality of the resulting systems. To obtain the mentioned solutions, a model based-design methodology has been applied. This fact has allowed us to carry out all the design flow from a single work environment. That environment combines CAD tools that facilitate the stages of code programming, circuit design, physical implementation and functional and temporal verification of the different algorithms, thus accelerating the overall processes and making it possible to explore the space of solutions. Moreover, aiming to demonstrate the functionality of this PhD Thesis’s contributions, some of the proposed solutions have been integrated on real video systems that employ common and standard buses. The devices selected to perform these demonstrators have been FPGA and SoPCs (manufactured by Xilinx) since, due to their excellent properties for prototyping and creating systems that combine software and hardware components, they are ideal to develop these applications