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Reconocimiento de una plataforma para aterrizaje de UAV mediante procesamiento de imágenes

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Álvarez Piñeiro, Emilio (2016) Reconocimiento de una plataforma para aterrizaje de UAV mediante procesamiento de imágenes. [Trabajo fin de Grado]

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Resumen

En el año 2016 se vendieron en EE.UU más de un millón de Unmanned Aerial Vehicles (UAVs, Vehículos aéreos no tripulados), casi el doble que el año anterior, país del que se dispone de información. Para el año 2020 se estima que este mercado alcance los 5.600 millones de dólares en todo el mundo, creciendo a un ritmo del 30% anual. Este crecimiento demuestra que existe un mercado en expansión con muchas y diversas oportunidades de investigación.
El rango de aplicaciones en los que se utiliza este tipo de vehículos es innumerable. Desde finales del s.XX, los UAVs han estado presentes en multitud de aplicaciones, principalmente en misiones de reconocimiento. Su principal ventaja radica en que pueden ser utilizados en situaciones de alto riesgo sin suponer una amenaza para ningún tripulante. En los últimos años, la fabricación de vehículos asequibles económicamente ha permitido que su uso se extienda a otros sectores. A día de hoy uno de los campos en los que ha adquirido gran relevancia es en agricultura, contribuyendo a la automatización y monitorización de cultivos, pero también se ha extendido su uso a diferentes sistemas, tales como seguridad, cartografía o monitorización, entre otros [1].
Es en esta situación en la que se propone el proyecto SALACOM [2], que explora la posibilidad de utilizar esta tecnología en sistemas de repuesta rápida para la detección y contención de vertidos contaminantes en entornos acuáticos con el apoyo de vehículos autónomos marinos de superficie (USV, Unmanned Surface Vehicles). En el mencionado proyecto se pretende utilizar sistemas UAVs para detectar y analizar las zonas de vertido y proveer la información respecto a la localización y las técnicas de contención adecuadas a los sistemas USV. Una vez se haya realizado el análisis de la situación del vertido, los USV trabajarían conjuntamente con los UAVs para desplegar las barreras de protección seleccionadas en la zona afectada.
Para esto, los UAVs o drones, términos similares en lo que respecta a este proyecto y que a lo largo de esta memoria se usarán indistintamente, deben ser capaces de despegar desde los USV y volver a aterrizar sobre ellos una vez realizada su labor. El proyecto que se describe en la presente memoria se centra en la fase de aterrizaje y, más concretamente, en la detección de la plataforma seleccionada como plantilla mediante técnicas de tratamiento de imágenes. Esto serviría como sistema de apoyo para guiar el dron hacia la plataforma para que pueda realizar el descenso correctamente y finalizar así su misión o bien para realizar operaciones de recarga de la batería. El dron está equipado con la correspondiente cámara de visión a bordo, con la que obtiene las imágenes, las procesa e identifica la plataforma para dirigirse hacia ella, si bien, dado que el sistema de procesamiento de imágenes no se encuentra totalmente operativo, este trabajo se centra en el desarrollo de una aplicación software independiente del sistema de visión a bordo del dron, basada en el desarrollo de técnicas de reconocimiento de la plataforma. La plataforma a utilizar proviene de una patente [3], consistente en una figura geométrica con formas características, de muy difícil aparición en entornos de exterior. La figura pintada en negro se halla impresa sobre un panel de fondo blanco de 1m × 1m de superficie.
En este trabajo se han explorado diversas opciones disponibles para realizar la identificación de las regiones de interés. El principal objetivo es realizar la selección de una tecnología que pueda cumplir potencialmente con los criterios necesarios para llevar a cabo la tarea y seleccionar los métodos de detección adecuados para realizar la identificación de la figura contenida en la plataforma. Se ha pretendido utilizar tecnologías de fácil uso, amplío soporte y, cuando ha sido posible, de código libre. Todo ello integrado en una aplicación informática, que es la que se presenta en el presente trabajo.

Resumen (otros idiomas)

In year 2016 more than 1 million UAVs were sold only in the United States, twice as many as the previous year, unique information available. By 2020, this market will have reached annual sales of 5.6 billion $ across the globe, growing a 30% each year. This growth goes to show this is an expanding market with a great amount of investigation opportunities. The range of applications in which these vehicles are used is unimaginable. Since the last years of 20th century, UAVs have been extensively used in different applications. Their strongest point of advantage, they can be used in high risk situations without being a threat to any crew members. In the last years, low-price devices production has stimulated their use in other sectors. Nowadays they’re mostly used in agriculture, especially in crop automation, but also on public security systems, cartography or monitoring [1]. This is the starting point for SALACOM Project [2], which explores the possibility to use this technology in fast response systems for detection and containment of polluting discharges at seas and lakes using Unmanned Surface Vehicles (USV). In this project, UAVs are used to detect and analyze the leaked areas and provide their location to USV systems and containment measures to be deployed. Once the analysis in done, USVs would cooperate to set up the right protection barriers in the affected areas. For this purpose, drones or UAVs, must be able to take off from surface systems and land again on them once their task is finished. This project focuses on the landing phase, specifically, on the landing platform detection using image processing techniques. It would be used as a support system in the approximation phase, helping to perform the landing and conclude the mission. The drone is equipped with an onboard camera which obtains the images, processes them and identifies the platform to approximate. Albeit the system is not fully developed, this project focuses on building a software application independent from the onboard vision system and based in the implementation of platform automated recognition techniques. Platform design comes from a patent [3], based on geometric figure with characteristic patterns, difficult to reproduce on the exterior. The figure, painted in black, is printed on a white panel of 1m x 1m surface. Several available methods to detect the regions of interest have been explored in this project. The main objective being choosing a set of technologies capable of meeting the necessary criteria to complete the task and select adequate detections methods to perform the detection of the figure inside the platform. Technologies with ease of use, wide support and free software (whenever possible) have been used and all have been integrated in the software application exposed in this project.

Tipo de documento:Trabajo fin de Grado
Información Adicional:

Trabajo de Fin de Grado en Ingeniería del Software (Universidad Complutense, Facultad de Informática, curso 2015/2016)

Directores (o tutores):
NombreEmail del director (o tutor)
Pajares Martinsanz, Gonzalo
Palabras clave:Aprendizaje automático, Dron, Detección de objetos, OpenCV, Python, Percepción computacional, SALACOM, Tratamiento de imagen, Visión por computador
Palabras clave (otros idiomas):Automated learning, Computer-based vision, Computational perception, Drone, Image processing, Object detection, OpenCV, Python, SALACOM
Materias:Ciencias > Informática > Inteligencia artificial
Ciencias > Informática > Sistemas expertos
Ciencias > Informática > Software
Título de Grado:Grado en Ingeniería del Software
Código ID:39845
Depositado:02 Nov 2016 17:08
Última Modificación:02 Nov 2016 17:08

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