Generic decoupled image-based visual servoing for cameras obeying the unified projection model

In this paper a generic decoupled imaged-based control scheme for calibrated cameras obeying the unified projection model is proposed. The proposed decoupled scheme is based on the surface of object projections onto the unit sphere. Such features are invariant to rotational motions. This allows the control of translational motion independently from the rotational motion. Finally, the proposed results are validated with experiments using a classical perspective camera as well as a fisheye camera mounted on a 6 dofs robot platform

Image based visual servoing using bitangent points applied to planar shape alignment

We present visual servoing strategies based on bitangents for aligning planar shapes. In order to acquire bitangents we use convex-hull of a curve. Bitangent points are employed in the construction of a feature vector to be used in visual control. Experimental results obtained on a 7 DOF Mitsubishi PA10 robot, verifies the proposed method

Automatic landing on aircraft carrier by visual servoing

International audienceThe landing on carrier is a very difficult task even for trained pilots. This paper presents a method to land automatically using aircraft sensors and three visual features inspired by visual cues used by pilots. These features whose link with the aircraft state is established, are introduced in a control scheme using a linearized aircraft model. The control law demonstrates a large convergence domain using simulated visual features and a 3D tracker applied on synthetic images

Planificación de trayectorias para un robot tipo con restricciones dinámicas

In this article we propose a method to find the optimal trajectories of a robot with dynamic constrains. The system acts in a free space and in horizontal plane (2D). A dynamic model description for the airship movement on the 2D plane is presented. This model is used in order to make the kinematic model formulation. The optimal control theory is used to find the optimal trajectory for a kind of robot subject to kinematic constraints on its path curvature and its orientation. Two modified models are considerate and with they, better-adapted trajectories to the dynamic constrains are planned. Comparisons and conclusions based over simulations are presented at the end.Este documento presenta una aproximación a la planificación de caminos óptimos para un sistema con restricciones dinámicas y desplazándose dentro de un espacio libre de obstáculos. Se considera el modelo dinámico del dirigible y un análisis para el planteamiento de modelos simplificados o comúnmente conocidos como modelos de control. Se propone una planificación de la trayectoria desde el punto de vista de la teoría óptima utilizando un modelo de la dinámica de un robot móvil (que se desplaza a velocidad constante y en avance, es decir con restricciones dinámicas) como punto de partida para la primera aproximación a los caminos óptimos. Para el suavizado de las trayectorias del dirigible se proponen dos modelos con relajación en la dinámica de la variable de control y finalmente se presenta una simulación de la comparación de los diferentes resultados

Model free visual servoing in macro and micro domain robotic applications

This thesis explores model free visual servoing algorithms by experimentally evaluating their performances for various tasks performed both in macro and micro domains. Model free or so called uncalibrated visual servoing does not need the system (vision system + robotic system) calibration and the model of the observed scene, since it provides an online estimation of the composite (image + robot) Jacobian. It is robust to parameter changes and disturbances. A model free visual servoing scheme is tested on a 7 DOF Mitsubishi PA10 robotic arm and on a microassembly workstation which is developed in our lab. In macro domain, a new approach for planar shape alignment is presented. The alignment task is performed based on bitangent points which are acquired using convex-hull of a curve. Both calibrated and uncalibrated visual servoing schemes are employed and compared. Furthermore, model free visual servoing is used for various trajectory following tasks such as square, circle, sine etc. and these reference trajectories are generated by a linear interpolator which produces midway targets along them. Model free visual servoing can provide more exibility in microsystems, since the calibration of the optical system is a tedious and error prone process, and recalibration is required at each focusing level of the optical system. Therefore, micropositioning and three di erent trajectory following tasks are also performed in micro world. Experimental results validate the utility of model free visual servoing algorithms in both domains

Commande référencée vision pour drones à décollages et atterrissages verticaux

La miniaturisation des calculateurs a permis le développement des drones, engins volants capable de se déplacer de façon autonome et de rendre des services, comme se rendre clans des lieux peu accessibles ou remplacer l'homme dans des missions pénibles. Un enjeu essentiel dans ce cadre est celui de l'information qu'ils doivent utiliser pour se déplacer, et donc des capteurs à exploiter pour obtenir cette information. Or nombre de ces capteurs présentent des inconvénients (risques de brouillage ou de masquage en particulier). L'utilisation d'une caméra vidéo dans ce contexte offre une perspective intéressante. L'objet de cette thèse était l'étude de l'utilisation d'une telle caméra dans un contexte capteur minimaliste: essentiellement l'utilisation des données visuelles et inertielles. Elle a porté sur le développement de lois de commande offrant au système ainsi bouclé des propriétés de stabilité et de robustesse. En particulier, une des difficultés majeures abordées vient de la connaissance très limitée de l'environnement dans lequel le drone évolue. La thèse a tout d'abord étudié le problème de stabilisation du drone sous l'hypothèse de petits déplacements (hypothèse de linéarité). Dans un second temps, on a montré comment relâcher l'hypothèse de petits déplacements via la synthèse de commandes non linéaires. Le cas du suivi de trajectoire a ensuite été considéré, en s'appuyant sur la définition d'un cadre générique de mesure d'erreur de position par rapport à un point de référence inconnu. Enfin, la validation expérimentale de ces résultats a été entamée pendant la thèse, et a permis de valider bon nombre d'étapes et de défis associés à leur mise en œuvre en conditions réelles. La thèse se conclut par des perspectives pour poursuivre les travaux.The computers miniaturization has paved the way for the conception of Unmanned Aerial vehicles - "UAVs"- that is: flying vehicles embedding computers to make them partially or fully automated for such missions as e.g. cluttered environments exploration or replacement of humanly piloted vehicles for hazardous or painful missions. A key challenge for the design of such vehicles is that of the information they need to find in order to move, and, thus, the sensors to be used in order to get such information. A number of such sensors have flaws (e.g. the risk of being jammed). In this context, the use of a videocamera offers interesting prospectives. The goal of this PhD work was to study the use of such a videocamera in a minimal sensors setting: essentially the use of visual and inertial data. The work has been focused on the development of control laws offering the closed loop system stability and robustness properties. In particular, one of the major difficulties we faced came from the limited knowledge of the UAV environment. First we have studied this question under a small displacements assumption (linearity assumption). A control law has been defined, which took performance criteria into account. Second, we have showed how the small displacements assumption could be given up through nonlinear control design. The case of a trajectory following has then been considered, with the use of a generic error vector modelling with respect to an unknown reference point. Finally, an experimental validation of this work has been started and helped validate a number of steps and challenges associated to real conditions experiments. The work was concluded with prospectives for future work.TOULOUSE-ISAE (315552318) / SudocSudocFranceF

Study of Future On-board GNSS/INS Hybridization Architectures

Un développement rapide et une densification du trafic aérien ont conduit à l'introduction de nouvelles opérations d'approches et d'atterrissage utilisant des trajectoires plus flexibles et des minimas plus exigeants. La plupart des opérations de navigation aérienne sont actuellement réalisées grâce au GNSS, augmenté par les systèmes GBAS, SBAS et ABAS qui permettent d'atteindre des opérations d'approches de précision (pour GBAS et SBAS). Cependant ces systèmes nécessitent la mise en place d'un réseau de station de référence relativement couteux et des diffusions constantes de messages aux utilisateurs de l'espace aérien. Afin de surmonter ces contraintes, le système ABAS intègre à bord des informations fournies par les systèmes de navigation inertielle (INS) ainsi améliorant les performances de navigation. Dans cette logique, les avions commerciaux actuels utilisent une solution de couplage des deux systèmes appelée hybridation GPS/baro-INS. Cette solution permet d'atteindre des niveaux de performance en termes de précision, intégrité, disponibilité et continuité supérieurs aux deux systèmes pris séparément. Malheureusement, les niveaux d'exigences requis par les opérations de précision ou les atterrissages automatiques ne peuvent pas encore être totalement couverts par les solutions d'hybridation actuelles. L'idée principale de cette thèse a été d'étendre le processus d'hybridation en incluant d'autres capteurs ou systèmes actuellement disponibles ou non à bord et d'évaluer les niveaux de performance atteints par cette solution de filtre d'hybridation global. L'objectif ciblé est de pouvoir fournir la plupart des paramètres de navigations pour les opérations les plus critiques avec le niveau de performance requis par les exigences OACI. Les opérations ciblées pendant l'étude étaient les approches de précision (en particulier les approches CAT III) et le roulage sur la piste. L'étude des systèmes vidéo a fait l'objet d'une attention particulière pendant la thèse. La navigation basée sur la vidéo est une solution autonome de navigation de plus en plus utilisée de nos jours axée sur des capteurs qui mesurent le mouvement du véhicule et observent l'environnement. Que cela soit pour compenser la perte ou la dégradation d'un des systèmes de navigation ou pour améliorer la solution existante, les intérêts de l'utilisation de la vidéo sont nombreux. ABSTRACT : The quick development of air traffic has led to the improvement of approach and landing operations by using flexible flight paths and by decreasing the minima required to perform these operations. Most of the aircraft operations are supported by the GNSS augmented with GBAS, SBAS and ABAS. SBAS or GBAS allow supporting navigation operations down to precision approaches. However, these augmentations do require an expensive network of reference receivers and real-time broadcast to the airborne user. To overcome, the ABAS system integrates on-board information provided by an INS so as to enhance the performance of the navigation system. In that scheme, INS is coupled with a GPS receiver in a GPS/baro-INS hybridization solution that is already performed on current commercial aircraft. This solution allows reaching better performance in terms of accuracy, integrity, availability and continuity than the two separated solutions. However the most stringent requirements for precision approaches or automatic landings cannot be fulfilled with the current hybridization. The main idea of this PhD study is then to extend the hybridization process by including other sensors already available on commercial aircraft or not and, to assess the performance reached by a global hybridization architecture. It aims at providing most of the navigation parameters in all operations with the required level of performance. The operations targeted by this hybridization are precision approaches, with a particular focus on CAT III precision approach and roll out on the runway. The study of video sensor has been particularly focused on in the thesis. Indeed video based navigation is a complete autonomous navigation opportunity only based on sensors that provide information from the dynamic of the vehicle and from the observation of the scenery. Moreover, from a possible compensation of any loss or degradation of a navigation system to the improvement of the navigation solution during the most critical operations, the interests of video are numerous

Embedded visual perception system applied to safe navigation of vehicles

Orientadores: Douglas Eduardo Zampieri, Isabelle Fantoni CoichotTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia MecanicaResumo: Esta tese aborda o problema de evitamento de obstáculos para plataformas terrestres semie autônomas em ambientes dinâmicos e desconhecidos. Baseado num sistema monocular, propõe-se um conjunto de ferramentas que monitoram continuamente a estrada a frente do veículo, provendo-o de informações adequadas em tempo real. A partir de um algoritmo robusto de detecção da linha do horizonte é possível investigar dinamicamente somente a porção da estrada a frente do veículo, a fim de determinar a área de navegação, e da deteção de obstáculos. Uma área de navegação livre de obstáculos é então representa a partir de uma imagem multimodal 2D. Esta representação permite que um nível de segurança possa ser selecionado de acordo com o ambiente e o contexto de operação. A fim de reduzir o custo computacional, um método automático para descarte de imagens é proposto. Levando-se em conta a coerência temporal entre consecutivas imagens, uma nova metodologia de gerenciamento de energia (Dynamic Power Management) é aplicada ao sistema de percepção visual a fim de otimizar o consumo de energia. Estas propostas foram testadas em diferentes tipos de ambientes, e incluem a deteção da área de navegação, navegação reativa e estimação do risco de colisão. Uma característica das metodologias apresentadas é a independência em relação ao sistema de aquisição de imagem e do próprio veículo. Este sistema de percepção em tempo real foi avaliado a partir de diferentes bancos de testes e também a partir de dados reais obtidos por diferentes plataformas inteligentes. Em tarefas realizadas com uma plataforma semi-autônoma, testes foram conduzidos em velocidades acima de 100 Km/h. A partir de um sistema em malha aberta, deslocamentos reativos autônomos foram realizados com sucessoResumé: Les études développées dans ce projet doctoral ont concerné deux problématiques actuelles dans le domaine des systèmes robotiques pour la mobilité terrestre: premièrement, le problème associé à la navigation autonome et (semi)-autonome des véhicules terrestres dans un environnement inconnu ou partiellement connu. Cela constitue un enjeu qui prend de l'importance sur plusieurs fronts, notamment dans le domaine militaire. Récemment, l'agence DARPA1 aux États-Unis a soutenu plusieurs challenges sur cette problématique robotique; deuxièmement, le développement de systèmes d'assistance à la conduite basés sur la vision par ordinateur. Les acteurs de l'industrie automobile s'intéressent de plus en plus au développement de tels systèmes afin de rendre leurs produits plus sûrs et plus confortables à toutes conditions climatiques ou de terrain. De plus, grâce à l'électronique embarquée et à l'utilisation des systèmes visuels, une interaction avec l'environnement est possible, rendant les routes et les villes plus sûres pour les conducteurs et les piétons. L'objectif principal de ce projet doctoral a été le développement de méthodologies qui permettent à des systèmes mobiles robotisés de naviguer de manière autonome dans un environnement inconnu ou partiellement connu, basées sur la perception visuelle fournie par un système de vision monoculaire embarqué. Un véhicule robotisé qui doit effectuer des tâches précises dans un environnement inconnu, doit avoir la faculté de percevoir son environnement proche et avoir un degré minimum d'interaction avec celui-ci. Nous avons proposé un système de vision embarquée préliminaire, où le temps de traitement de l'information (point critique dans des systèmes de vision utilisés en temps-réel) est optimisé par une méthode d'identification et de rejet d'informations redondantes. Suite à ces résultats, on a proposé une étude innovante par rapport à l'état de l'art en ce qui concerne la gestion énergétique du système de vision embarqué, également pour le calcul du temps de collision à partir d'images monoculaires. Ainsi, nous proposons le développement des travaux en étudiant une méthodologie robuste et efficace (utile en temps-réel) pour la détection de la route et l'extraction de primitives d'intérêts appliquée à la navigation autonome des véhicules terrestres. Nous présentons des résultats dans un environnement réel, dynamique et inconnu. Afin d'évaluer la performance de l'algorithme proposé, nous avons utilisé un banc d'essai urbain et réel. Pour la détection de la route et afin d'éviter les obstacles, les résultats sont présents en utilisant un véhicule réel afin d'évaluer la performance de l'algorithme dans un déplacement autonome. Cette Thèse de Doctorat a été réalisée à partir d'un accord de cotutelle entre l' Université de Campinas (UNICAMP) et l'Université de Technologie de Compiègne (UTC), sous la direction du Professeur Docteur Douglas Eduardo ZAMPIERI, Faculté de Génie Mécanique, UNICAMP, Campinas, Brésil, et Docteur Isabelle FANTONI-COICHOT du Laboratoire HEUDIASYC UTC, Compiègne, France. Cette thèse a été soutenue le 26 août 2011 à la Faculté de Génie Mécanique, UNICAMP, devant un jury composé des Professeurs suivantsAbstract: This thesis addresses the problem of obstacle avoidance for semi- and autonomous terrestrial platforms in dynamic and unknown environments. Based on monocular vision, it proposes a set of tools that continuously monitors the way forward, proving appropriate road informations in real time. A horizon finding algorithm was developed to sky removal. This algorithm generates the region of interest from a dynamic threshold search method, allowing to dynamically investigate only a small portion of the image ahead of the vehicle, in order to road and obstacle detection. A free-navigable area is therefore represented from a multimodal 2D drivability road image. This multimodal result enables that a level of safety can be selected according to the environment and operational context. In order to reduce processing time, this thesis also proposes an automatic image discarding criteria. Taking into account the temporal coherence between consecutive frames, a new Dynamic Power Management methodology is proposed and applied to a robotic visual machine perception, which included a new environment observer method to optimize energy consumption used by a visual machine. This proposal was tested in different types of image texture (road surfaces), which includes free-area detection, reactive navigation and time-to-collision estimation. A remarkable characteristic of these methodologies is its independence of the image acquiring system and of the robot itself. This real-time perception system has been evaluated from different test-banks and also from real data obtained by two intelligent platforms. In semi-autonomous tasks, tests were conducted at speeds above 100 Km/h. Autonomous displacements were also carried out successfully. The algorithms presented here showed an interesting robustnessDoutoradoMecanica dos Sólidos e Projeto MecanicoDoutor em Engenharia Mecânic

Abstracts on Radio Direction Finding (1899 - 1995)

The files on this record represent the various databases that originally composed the CD-ROM issue of "Abstracts on Radio Direction Finding" database, which is now part of the Dudley Knox Library's Abstracts and Selected Full Text Documents on Radio Direction Finding (1899 - 1995) Collection. (See Calhoun record https://calhoun.nps.edu/handle/10945/57364 for further information on this collection and the bibliography). Due to issues of technological obsolescence preventing current and future audiences from accessing the bibliography, DKL exported and converted into the three files on this record the various databases contained in the CD-ROM. The contents of these files are: 1) RDFA_CompleteBibliography_xls.zip [RDFA_CompleteBibliography.xls: Metadata for the complete bibliography, in Excel 97-2003 Workbook format; RDFA_Glossary.xls: Glossary of terms, in Excel 97-2003 Workbookformat; RDFA_Biographies.xls: Biographies of leading figures, in Excel 97-2003 Workbook format]; 2) RDFA_CompleteBibliography_csv.zip [RDFA_CompleteBibliography.TXT: Metadata for the complete bibliography, in CSV format; RDFA_Glossary.TXT: Glossary of terms, in CSV format; RDFA_Biographies.TXT: Biographies of leading figures, in CSV format]; 3) RDFA_CompleteBibliography.pdf: A human readable display of the bibliographic data, as a means of double-checking any possible deviations due to conversion