FACULTAD DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y MECATRÓNICA

Carrera Profesional de Ingeniería Mecatrónica

Informe de Proyecto Profesional

“Visión Estereoscópica Para Percepción por Computadora de la Estructura

Tridimensional Del Entorno”

Autor:

Ilizarbe Avila Miguel Alejandro

Lima – Peru

2015

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DEDICATORIA

A mis padres por el amor y el apoyo que me brindan sin importar la condición y el lugar en que me encuentre. Sin ese apoyo y esfuerzo esto sería sólo un sueño, uno que ahora

es una realidad que comparto con ustedes y me emociona saber que están ahí para compartir mis triunfos y alentarme en los momentos difíciles!

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AGRADECIMIENTO

A mi familia por el amor y el apoyo que nos brindaron cada día a partir de que iniciamos nuestros estudios de pregrado

A nuestros maestros que nos transmitieron sus conocimientos y experiencias para llevar a cabo esta etapa de mi vida.

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RESUMEN

El presente trabajo se describe la implementación de un sistema de visión estéreo aplicado al campo para la localización de objetos y un estudio sobre la efectividad de una serie de métodos de correspondencia estereoscópica

Se presenta una revisión de métodos para correspondencia estereoscópica con el fin de tratar de encontrar el mejor de los posibles además de mejorarlo. Se aprovechan las bondades de los algoritmos estudiados para la realización del nuevo método buscado. Se utiliza técnicas de suavizado comunes tales como la media o la mediana junto con un método de enfriamiento simulado y otro de propagación que se ha creado expresamente para este fin

Se plantea una competencia general solución al problema del reconocimiento de objetos 3D en imágenes, considerando la información de tres dimensiones (3D) proporcionada por un sistema de visión estereoscópico con cámaras digitales convencionales.

Las técnicas de reconocimiento de objetos y visión estereoscópica han demostrado ser una herramienta muy útil, ya que gracias a esto, los vehículos no tripulados pueden llegar a tener una mejor interacción con su entorno, lo cual resulta en un mejor desenvolvimiento en las diferentes tareas que realizan

Aquí se propone la solución con un tipo de reconocimiento de objetos en 3D basados en la visión estereoscópica y en la estadística de la forma del objeto a reconocer. Ya que se encuentra una división entre los investigadores que perfeccionan las técnicas de reconocimientos de patrones y quienes reconstruyen entornos en 3 dimensiones.

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INDICE GENERAL

DEDICATORIA....................................................................................................................................1

AGRADECIMIENTO............................................................................................................................2

RESUMEN..........................................................................................................................................3

INDICE GENERAL...............................................................................................................................4

CAPITULO 1.......................................................................................................................................5

1. INTRODUCCION.....................................................................................................................5

2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.........................................................................................6

3. FORMULACION DEL PROBLEMA............................................................................................6

4. OBJETIVO GENERAL...............................................................................................................6

5. OBJETIVOS ESPECIFICOS........................................................................................................7

6. ALCANCE Y LIMITACIÓN DEL PROYECTO................................................................................7

7. JUSTIFICACION.......................................................................................................................7

8. ESTADO DEL ARTE..................................................................................................................8

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CAPITULO 11. INTRODUCCION

Tanto las cámaras como los computadores están totalmente implantados en la sociedad, y su uso es, en muchas ocasiones, indispensable. Las cámaras se utilizan en diversos ambientes y para distintas finalidades, destacando por ejemplo: seguridad (vigilancia de edificios, museos), comunicaciones (videoconferencias), entretenimiento (videoconsolas, cámaras fotográficas, cámaras de video), etc. Y si las cámaras se utilizan de forma generalizada, el uso de los computadores supera al de éstas en gran medida. Debido al desarrollo que ha experimentado la industria electrónica, se dispone de microprocesadores muy pequeños y baratos, lo que ha conducido a que actualmente se encuentren sistemas empotrados en casi todos los elementos de uso cotidiano: teléfonos móviles, coches, videoconsolas, electrodomésticos, monitores, cajeros automáticos, decodificadores para la recepción de televisión, etc. Algunos de estos dispositivos contienen más de un microprocesador en su interior.

Los robots móviles son las principales herramientas en donde un sistema estéreo se ve en la necesidad de ser implementado, debido a los requerimientos de manipulación de objetos y control en la navegación.

El procesamiento de imágenes aplicado al campo de control y automatización de sistemas industriales de la mano con la visión estereoscópica ha tenido una gran influencia en la tecnología de los robots móviles; así se han venido desarrollando diversas técnicas de visión para poder obtener nuevos parámetros cada vez más precisos sobre el entorno de trabajo.

El presente trabajo busca la implementación de dicho sistema de visión para probar su desempeño en un área de trabajo determinada así poder demostrar el gran avance que podría brindar en el futuro el uso de dichos sistemas. El desarrollo del sistema de visión propuesto incluye el estudio del campo de aplicación para los robots móviles, los diferentes algoritmos empleados en la segmentación de un objeto y por último la integración de estos algoritmos con un sistema estéreo para probar la eficiencia de este último.

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2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Diversos sistemas de control de calidad aun no cuentan con mecanismos de selección y clasificación automáticos, un claro ejemplo de esto está en la agricultura peruana, la selección de los productos aún se hace a criterio humano y los estándares actuales de calidad exigen más que una simple inspección visual, exigen tamaño forma peso color textura.

La carencia de una política de estado bien definida que favorezca a la implementación de nuevos sistemas en las compañías del estado, debido al gran costo que esto supone, prefiriendo el camino de la privatización que al desarrollo de nuevas tecnologías; todo esto sumando al poco interés del gobierno para apoyar a grupos de investigación en los diferentes temas de desarrollo hacen ver que nuestra realidad es muy diferente que la de otros países.

3. FORMULACION DEL PROBLEMA

La necesidad surge de la flexibilidad requerida por la dinámica de los sistemas en la vida real, donde los objetos no pueden ser capturados por módulos de visión que requieren el objeto a reconocer a una distancia fija respecto de las cámaras digitales que lo capturan o donde las dimensiones de los objetos son factor importante para realizar el reconocimiento

4. OBJETIVO GENERAL

Diseñar un sistema utilizando la visión estereoscópica que sea capaz de percibir su entorno y obtener la estructura tridimensional para la localización y obtención de dimensiones físicas de los objetos en el entorno mediante procesamiento digital de imágenes en matlab, para lograr esto es necesario cumplir con ciertas metas como es la captura eficiente del par estéreo, obtención de los parámetros intrínsecos y extrínsecos de las cámaras, rectificación de las imágenes y obtención de la profundidad.

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5. OBJETIVOS ESPECIFICOS

- Identificar métodos de correspondencia estereoscópica existentes en la literatura para la obtención de la estructura tridimensional de la escena.

- resolver el problema de la correspondencia estéreo de manera más eficiente las imágenes rectificándolas respectivamente.

- Determinar los métodos más apropiados para el cómputo de disparidades en los entornos de exterior donde va a operar el sistema.

- Reconocer a una distancia fija respecto de las cámaras digitales que lo capturan.

6. ALCANCE Y LIMITACIÓN DEL PROYECTO

El uso de sistemas de visión como sistema de navegación aun no es muy utilizado debido al costo tanto de hardware como de software que implica su desarrollo; sin embargo estos sistemas de visión son los más precisos hasta ahora; sin embargo dependen mucho del lente de la cámara y son bien inestables al cambio de iluminación del ambiente; por otro lado se pretende desarrollar algoritmos con el fin de compensar esta desventaja.

Por razones de tiempo y dinero este trabajo se limita a obtener la visión estereoscópica por medio de dos cámaras convencionales y procesarlas en una computadora (laptop) para su respectivo estudio y obtención de magnitudes físicas y características del entorno.

7. JUSTIFICACION

Hoy en día debido al avance de la tecnología, muchas veces la capacidad humada se ve ampliamente superada, tal es así que se ha visto la necesidad del desarrollo de herramientas capaces de sustituir al ser humano en tareas que este es incapaz de realizar por sí solo. La visión estéreo es una de estas capacidades que se ve en la necesidad de ser replicada en sistemas autónomos para lograr emular el ser humano.

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8. ESTADO DEL ARTE

En los últimos años ha crecido sustancialmente el desarrollo de aplicaciones enfocadas a la tecnología de Visión por Computador, cuyo objetivo principal es proporcionar al sistema de las sensaciones realistas del mundo. Uno de los conceptos que caracteriza la Visión por Computador es la sensación tridimensional que se consigue mediante la obtención de imágenes estereoscópicas generadas por dos cámaras, las cuales adquieren dos imágenes distintas de la misma escena.

Francisco A. Cano González. Presentó de trabajo fin de master el tema de “Visión estereoscópica usando la cabeza robótica TO40 en monitorización multisensorial”

En el trabajo de la asignatura se desarrolló una aplicación que permite la comunicación con la unidad robótica TO40, disponible en el grupo n&aIS. La unidad robótica consta de una serie de servos permitiendo el movimiento PAN-TILT-VERGE, en el cual se localiza un par de cámaras colocadas en paralelo permitiendo la adquisición de imágenes en estéreo. Resulta de especial importancia tanto el conocer la posición de los servos en un determinado instante, como el poder indicar una posición o una velocidad determinada.

Como podemos ver en la figura la PC se conecta a la unidad TO40 a través de Ethernet. Mediante el envío de tramas UDP y siguiendo el protocolo PURE [4], que es el encargado de la comunicación con dicha unidad, se encapsula la operación a ejecutar cámaras que se conectan vía FireWire. La adquisición y el procesado de imágenes se realiza gracias a la librería que se ha descrito en la asignatura OpenCV.

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