Modeling the environment with egocentric vision systems

Cada vez más sistemas autónomos, ya sean robots o sistemas de asistencia, están presentes en nuestro día a día. Este tipo de sistemas interactúan y se relacionan con su entorno y para ello necesitan un modelo de dicho entorno. En función de las tareas que deben realizar, la información o el detalle necesario del modelo varía. Desde detallados modelos 3D para sistemas de navegación autónomos, a modelos semánticos que incluyen información importante para el usuario como el tipo de área o qué objetos están presentes. La creación de estos modelos se realiza a través de las lecturas de los distintos sensores disponibles en el sistema. Actualmente, gracias a su pequeño tamaño, bajo precio y la gran información que son capaces de capturar, las cámaras son sensores incluidos en todos los sistemas autónomos. El objetivo de esta tesis es el desarrollar y estudiar nuevos métodos para la creación de modelos del entorno a distintos niveles semánticos y con distintos niveles de precisión. Dos puntos importantes caracterizan el trabajo desarrollado en esta tesis: - El uso de cámaras con punto de vista egocéntrico o en primera persona ya sea en un robot o en un sistema portado por el usuario (wearable). En este tipo de sistemas, las cámaras son solidarias al sistema móvil sobre el que van montadas. En los últimos años han aparecido muchos sistemas de visión wearables, utilizados para multitud de aplicaciones, desde ocio hasta asistencia de personas. - El uso de sistemas de visión omnidireccional, que se distinguen por su gran campo de visión, incluyendo mucha más información en cada imagen que las cámara convencionales. Sin embargo plantean nuevas dificultades debido a distorsiones y modelos de proyección más complejos. Esta tesis estudia distintos tipos de modelos del entorno: - Modelos métricos: el objetivo de estos modelos es crear representaciones detalladas del entorno en las que localizar con precisión el sistema autónomo. Ésta tesis se centra en la adaptación de estos modelos al uso de visión omnidireccional, lo que permite capturar más información en cada imagen y mejorar los resultados en la localización. - Modelos topológicos: estos modelos estructuran el entorno en nodos conectados por arcos. Esta representación tiene menos precisión que la métrica, sin embargo, presenta un nivel de abstracción mayor y puede modelar el entorno con más riqueza. %, por ejemplo incluyendo el tipo de área de cada nodo, la localización de objetos importantes o el tipo de conexión entre los distintos nodos. Esta tesis se centra en la creación de modelos topológicos con información adicional sobre el tipo de área de cada nodo y conexión (pasillo, habitación, puertas, escaleras...). - Modelos semánticos: este trabajo también contribuye en la creación de nuevos modelos semánticos, más enfocados a la creación de modelos para aplicaciones en las que el sistema interactúa o asiste a una persona. Este tipo de modelos representan el entorno a través de conceptos cercanos a los usados por las personas. En particular, esta tesis desarrolla técnicas para obtener y propagar información semántica del entorno en secuencias de imágen

Navegação de robô móvel em ambiente com humanos

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia MecânicaA robótica é um tema que desde a sua introdução tem capturado o interesse e a imaginação das pessoas. A sua aplicação menos fantasiosa e mais realista pode ser vista na indústria. No entanto, um dos maiores desafios encontra-se em criar um robô com capacidade de navegação autónoma, incluindo o reconhecimento e desvio de pessoas, em ambientes estruturados. A robótica móvel baseada no controlo por visão tem-se desenvolvido nos últimos 30 anos. Ao longo deste período, diversos modelos matemáticos foram apresentados com o objectivo de resolver os múltiplos desafios que o controlo de uma unidade robótica autónoma apresenta. A visão robótica, tal como no ser Humano, permite à unidade uma compreensão do mundo onde se insere. No caso de o ambiente ser partilhado com pessoas, a necessidade de interpretar e separar uma pessoa de um objecto é fundamental, para a segurança física e psíquica do ser Humano. Esta dissertação propõe o estudo e desenvolvimento de um robô móvel autónomo apto para navegar em espaços com pessoas. Os trabalhos realizados focaram-se na localização no espaço, reconhecimento de pessoas e planeamento e controlo de trajectórias. Com este conjunto de soluções pretende-se contribuir com um sistema autónomo robusto capaz de interagir em segurança em ambientes de trabalho partilhados com pessoas, com elevado grau de confiança de modo a que seja possível implantar num ambiente industrial.Abstract: Robotics is a subject known to capture the imagination of people. It can be seen in a realistic fashion in many fields of modern industry. Current robotics challenges can be found in the deployment of autonomous mobile robotswhen operating in Human shared environments. Vision based mobile robotics is a subject being studied for over 30 years. Robotic Vision, supports the perception of the surrounding world, including the discrimination of objects from people, therefore itis paramount to gurantee the physical and psychological safety of Humans. This work presents a study and development of a mobile robot with the ability to detect people, and to modify the navigation path accordingly. This thesis aims to provide a robust autonomous robot system that can safely operate in Human shared environments, thus being suitable to areal industrial situation