Universidade Federal do Paraná Departamento de Informática Ciência da Computação. Prof. Eduardo Todt 2015

Transcrição

1 Universidade Federal do Paraná Departamento de Informática Ciência da Computação Prof. Eduardo Todt 2015

2 Adquirir conhecimento sobre o ambiente Fornecer realimentação para controle em tarefas de localização e navegação Informações de diagnóstico

3 Origem dos sinais Propriocetivos Velocidade motor, carga rodas, ângulos juntas, tensão bateria Exteroceptivos Distâncias, intensidade luminosa, imagens, amplitude sonora Natureza dos sensores Passivos Sondas de temperatura, microfones, CCDs Ativos Sensores ultrassom, escaneres laser

4 Faixa dinâmica Razão entre valores máximo e mínimo, tipicamente em decibéis DR=10log(Vmax/Vmin) se sinal que indica potência ou DR=20log(Vmax/Vmin) se sinal cujo quadrado indica potência Ex: LP 75dB vs CD 96dB Resolução Miníma diferença entre 2 valores sucessivos Linearidade Comportamento do sinal de saída de um sensor conforme a entrada varia Largura de banda (bandwidth) Frequência de corte superior, ou faixa entre superior e inferior, determina capacidade de transmissão de um meio ou sistema

5 Sensitividade Medida de quanto uma mudança incremental no sinal de entrada altera a saída do sensor Sensitividade cruzada Erro Sensitividade indesejada a outros parâmetros, por exemplo canal esq e direito em amplificadores Diferença entre valor verdadeiro (v) e medido (m) Acuracidade Grau de conformidade entre valor medido e valor verdadeiro = 1 - erro /v

6 Erros sistemáticos Erros previsíveis, modeláveis. Ex: calibração incorreta de câmera, inclinação solo. Erros randômicos Erros imprevisíveis que somente podem ser descritos em termos probabilísticos (isto pode parecer uma contradição ). Ex: ruído de fundo em imagens, instabilidade em cores Precisão Reprodução da medida do sensor para a mesma entrada. Precisão = range/dp (erro randômico do sensor com média u e desvio padrão dp)

7 Sensores tácteis Chaves de contato, pára-choques, barreiras ópticas, sensores de proximidade Sensores para motor e rodas Encoders de escovas, potenciômetros, synchros, resolvers, encoders ópticos, magnéticos, indutivos, capacitivos Sensores de orientação Bússolas, gisoscópios, inclinômetros

8 Sinalizadores referenciados à terra (Groundbased beacons) GPS, beacons ópticos, RF ou ultrassom, beacons refletivos Medição ativa de distância Sensres refletivos, ultrassom, laser rangefinder, triangulação óptica, luz estruturada Sensores de movimento e velocidade Radar doppler,dopple rsônico Sensores baseados em visão Câmeras CCD/CMOS, visão estéreo, tracking

9 Encoder em quadratura - quantidade - direção - referência zero - acuracidade 100% Ciclos por revolução (CPR) Robotica típ Indústria até

10 Digital compass Honeywell HMR3200), acuracidade 1, resolução 0,1, US$ Dinsmore 1490, Hall effect, 8 direções, US$15.00 Hall effect: alteração do potencial elétrico com o campo magnético, baixa resolução, baixa BW Flux gate: baseado em bobinas por onde o campo magnético causa alteração na fase de coprrente alternada. Maior acuracidade e resolução.

11 Preservam orientação em relação a um frame de referência fixo Mecânicos (bons 0,1 graus/6h são caríssimos US$ ) e Ópticos (estado sólido, baseados na velocidade da luz em fibras ópticas, ex: Analog Devices ADXRS50 US$50.00) Estação MIR ( ) tinha 11 giroscópios Hitec HG-R01 US$

12 US$

13 Naturais Artificiais Ativos Passivos Distinguíveis Não-distinguíveis

14 Origem militar 24 satélites orbitando em torno da terra a m (atualmente 31 satélites) 4 satélites em cada um de 6 planos inclinados a 55º com respeito ao plano do equador Outros sistemas Global Navigation Satellite System (Glonass) Galileo Beidou Navigation System (BNS)

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17 Desafios Sincronizaçao relógios (atômicos em cada satélite) Acuracidade afetada em aprox. 0,3m / ns de tempo de propagação Monitoração da posição real de cada satélite; satélite master transmite a posição real aos demais

18 Medições em distâncias grandes: range sensors Time-of-flight D=c*t c=distância percorrida usualmente ida-e-volta, c=velocidade de propagação da onda, t=tempo de propagação Ultrassom: velocidade do som (aprox. 0,3m/ms) Laser: velocidade da luz (aprox. 0,3m/ns) Não é trivial com ondas eletromagnéticas: 3m resultam em 10ms Incertezas na medição do tempo, ângulo de abertura, iterações com ambiente, variação velocidade, velocidade robô e alvo

19 Tx pacote de ondas c* t d 2 Velocidade do som no ar (aprox. 340m/s)

20 treshold treshold

21 Frequência típica: KHz Gração do som: piezoelétrico Transmissor junto ou separado do receptor Propagação em cone Aberturas entre 20º a 40º Regiões de profundidade constante Segmentos de arco (esfera 3D)

22 Problemas Superfícies absorvem som Geometria da reflexão

23 Feixes transmitido e recebido são colineares Detecção do tempo para ida-e-volta Mecanismo mecânico com espelho para realizar varredura

24 Laser pulsado (exige resolução de pico-segundos!) Frequência de batimento entre onda modulada em frequência e sua reflexão Deslocamento de fase entre onda emitida e refletida Ambiguidade em módulos do comprimento de onda Reflexão difusa, se rugosidade maior que comprimento de onda do feixe luminoso (tip. 824nm IR)

25 Resoluções angulares de 0,5 graus Resoluções de distância de 5 cm Distâncias entre 5 cm e 20 m

26 Bom para distâncias pequenas (até 1m) Baratos Implementações caseiras com webcam e laser pointer

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30 v=velocidade entre alvo e sensor; teta=ângulo entre direção de movimento e feixe

31 Sensores CCD Array de sensores, carga em capacitores transferida entre pixels, leitura realizada em um extremo Maior sensibilidade próximo a IR Maior faixa dinâmica (ex: 40000: :1 35dB) CMOS Transistores junto a cada pixel permitem leitura em paralelo dos pixels Menor resolução e menor sensibilidade devido à presença dos transistores adicionais Processo de fabricação mais simples Imagem em cores Um CCD com filtros RGB em pixels vixzinhos Três CCDs, cada um com filtro global RGB Problemas Sensibilidades distintas para RGB, azul menor White-balance Color constancy

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34 Sentido mais poderoso Sentido mais complexo Projeção 3D em plano 2D Detectores de bordas Segmentação Estéreo e triangulação Profundidade a partir do foco...

35 Inteligência artificial Robótica Computação gráfica Processamento de imagens Psicologia Aprendizagem computacional

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38 Furo permite passagem de raios por um único ponto Centro de projeção (furo) Imagem formada no plano de imagem

39 Limites -redução luz -difração

40 Lente foca os raios no plano de projeção Raios que passam pelo centro não são desviados

41 Todos raios paralelos convergem para um ponto, localizado à distância focal f

42 Pontos satisfazendo equação estão em foco

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47 Distância é inversamente proporcional à disparidade (v v ) objetos próximos são medidos com maior acuracidade Disparidade é proporcional à b aumentando b alguns objetos podem aparecer somente em uma câmera Melhorando resolução da câmera melhora acuracidade

48 F Moreno 2001

49 Matching de pontos nas duas imagens que correspondem ao mesmo ponto no mundo 3D Critérios: correlação e diferença Custo muito alto para explorar toda imagem

50 Restringe a correspondência a uma linha

51 Transformação de cada plano de imagem para que pares conjugados de linhas epipolares fiquem colineares e paralelas a um eixo da imagem F Moreno 2001

52 Transformação de cada plano de imagem para que pares conjugados de linhas epipolares fiquem colineares e paralelas a um eixo da imagem

53 Exemplo de correspondência com geometria epipolar

54 Ache os pontos conjugados Calcule a disparidade d=v-v Objetos mais próximos são representados mais claros

55 F Moreno 2001

56 Aproximação do movimento aparente dos objetos em uma imagem Correlação entre frames sucessivos

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62 O problema do ruído

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