Reconhecimento de imagem com uso de veículo autônomo. 1/5

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1 Reconhecimento de imagem com uso de veículo autônomo "Este artigo aborda o desenvolvimento de um veículo autônomo, que utiliza o reconhecimento de imagens para se locomover até um determinado objeto, identificado através de um sistema de visão artificial. " - Antônio Francisco D. Santos, O desafio: Desenvolver um sistema embarcado para controle de um veículo autônomo, que deverá cumprir missões de identificação e de movimentação em direção a objetos previamente definidos, através de um sistema de captura e tratamento de imagens. A solução: Utilizando uma placa mãe miniatura embarcada num veículo autônomo controlado pela plataforma Arduíno, o programa LabVIEW foi utilizado para integrar as soluções e permitir a identificação visual dos objetos a serem perseguidos. O tratamento de imagens foi possível através da utilização da ferramenta Visual Builder. Autor(es): Antônio Francisco D. Santos - Nilo Bento - Pérola Saturnino - Rui A. Filho - Tiago Santos - Reconhecimento de imagem com uso de veículo autônomo Professor orientador Alexandre Brincalepe Campo Instituição de ensino Universidade São Judas Tadeu Produtos utilizados 1) NI LabVIEW ) Vision Builder 2) Duemilanove (placa micro-controladora Arduíno) Resumo Este artigo aborda o desenvolvimento de um veículo autônomo, que utiliza o reconhecimento de imagens para se locomover até um determinado objeto, identificado através de um sistema de visão artificial. Tornar este veículo autônomo implica em prover ao mesmo a capacidade de percorrer trajetórias específicas, sem a presença de um condutor. Para isso, foi desenvolvida uma malha de controle que faz uso da realimentação visual, utilizando reconhecimento de imagens para a identificação da distância e do padrão do objeto. Além disso, o projeto foi desenvolvido totalmente embarcado. E para o gerenciamento remoto da solução, foi criado um módulo de interface que possibilita a visualização dos obstáculos, a alteração das características do objeto a ser identificado e a interação direta a comandos de locomoção do veículo. O principal diferencial deste projeto é disponibilizar a aplicação do LabVIEW em uma plataforma móvel, isso amplia a quantidade de recursos e funcionalidades que poderão ser utilizados para completar a solução em expansões futuras. Introdução Sistemas informatizados estão crescendo cada vez mais, e dentre esses, os Sistemas embarcados e Sistemas de Tempo Real vêm ganhando grande popularidade, seja nos automóveis, nos eletrodomésticos, caixas eletrônicos, nos celulares, PDAs etc. Os veículos autônomos também têm atraído muito a atenção de grande número de pesquisadores, além de ser alvo de altos investimentos em várias partes do mundo, inclusive no Brasil. Isso porque são de grande utilidade devido às várias habilidades que podem ser incorporadas, tais como: a locomoção em um ambiente já conhecido, o desvio de obstáculos que possam vir a surgir em sua trajetória e a aquisição de dados do meio externo quando se trata de um ambiente ainda não explorado. O projeto desenvolvido é um sistema embarcado de tempo real, que tem por objetivo a construção de um veículo autônomo capaz de reconhecer e focalizar objetos com formas geométricas pré-determinadas em um espaço aberto, utilizando imagens capturadas através de uma câmera. Para o reconhecimento de imagem foi utilizada a ferramenta LabVIEW através do toolkit VISION BUILDER (National Instruments). E para o controle do veículo foi utilizado o microcontrolador ARDUÍNO, modelo Duemilanove, integrado ao veículo. A seguir o projeto será detalhado da seguinte forma: inicialmente, é descrito o sistema embarcado onde são enumerados todos os dispositivos acoplados ao veículo, e a seguir é descrito o sistema de controle, onde podem ser encontradas informações referentes ao sistema de reconhecimento de imagem, detecção de obstáculos e comunicação. Figura 1:Estrutura completa do veículo autônomo. Estrutura Física Um sistema embarcado é um sistema microprocessado completamente encapsulado ou dedicado ao dispositivo ou sistema que controla. No projeto o sistema operacional utilizado, foi o Microsoft Windows XP, instalado num pendrive e conectado à USB da placa-mãe acoplada ao veículo. A placa-mãe, por meio do Sistema de Controle, é responsável por enviar e receber dados do microcontrolador também via interface USB. O microcontrolador possui o papel de acionar os motores DC que movimentarão o veículo, e coletar os dados dos sensores que serão enviados à placa mãe. Na figura 2 são apresentadas as vistas do tanque em que o sistema foi embarcado e da placa-mãe em que é executado o algoritmo desenvolvido na plataforma LabVIEW. Sistema de Sensoriamento Foi utilizado um sensor de ultra-som para identificar a distância do veículo em relação a obstáculos. O sensor ultra-sônico Seeed é um módulo de 1/5

2 Foi utilizado um sensor de ultra-som para identificar a distância do veículo em relação a obstáculos. O sensor ultra-sônico Seeed é um módulo de medição à distância, que também é compatível com módulos eletrônicos do sistema embarcado. Por simplicidade, os objetos aceitos para reconhecimento estão pré-configurados no projeto, sendo bolas de borracha com superfície granulada e 6 cm de diâmetro, nas cores azul, vermelho e verde. Na tela principal do sistema de configuração do veículo, o operador pode escolher qual objeto deseja localizar (bola azul, bola vermelha ou bola verde) e ativar o processo de localização autônoma. Na figura 3, é apresentado o ambiente em que o usuário pode definir o objeto que será procurado pelo veículo. O modelo de câmera utilizado é Webcam HD de baixo custo que capta imagens e as transfere para um computador via USB. Através do toolkit VISION BUILDER (National Instruments) as imagens da câmera são analisadas em tempo real. Primeiramente, o sistema procura identificar um objeto esférico e, em seguida, procura identificar a cor deste objeto. Na figura 4 é apresentado um fluxograma do programa implementado na plataforma LabVIEW. Conclusões A apresentação dos resultados das análises pode ser feita através dos resultados apresentados no painel da figura 5. Nesse painel, pode-se observar que a localização x e a localização y convergem para um mesmo valor, à medida que o veículo se aproxima do objeto. Nota-se também que a dimensão da esfera aumenta à medida que o veículo se aproxima do objeto. O uso da plataforma de desenvolvimento LabVIEW em um sistema embarcado se mostrou bastante flexível para a resolução de um problema complexo, que lida com o interfaceamento com dispositivos de controle externos à placa-mãe, como é o caso do microcontrolador Duemilanove. A identificação dos objetos a serem perseguidos, foi bastante facilitada através do uso da ferramenta VISUAL BUILDER e o conjunto se mostrou bastante eficiente no cumprimento das tarefas agendadas na interface de programação. Figura 5:Sistema de identificação de posicionamento da esfera e de medição da sua dimensão na imagem. Figura 1: Estrutura completa do veículo autônomo. 2/5

3 Figura 2: Dimensões do veículo e da placa mãe. Figura 3: Ambiente para identificação de obstáculos padronizados desenvolvido em LabVIEW. 3/5

4 Figura 4: Fluxograma do programa implementado em LabVIEW. 4/5

5 Figura 5: Identificação de posicionamento da esfera e de medição da sua dimensão na imagem. Informações legais Esse estudo de caso (esse "estudo de caso") foi desenvolvido por um cliente da National Instruments ("NI"). ESSE ESTUDO DE CASO É FORNECIDO "COMO ESTÁ", SEM GARANTIAS DE QUALQUER NATUREZA E SUJEITO A DETERMINADAS RESTRIÇÕES, COMO ESTABELECIDO DE FORMA MAIS ESPECÍFICA NOS TERMOS DE USO DA NI.COM ( ( 5/5