Observatorio de I+D+i UPM

Memorias de investigación
Thesis:
On-board Visual Control Algorithms for Unmanned Aerial Vehicles UAVs
Year:2011
Research Areas
  • Aerial robots
Information
Abstract
El objetivo de esta tesis, es el de utilizar la gran cantidad de información que los sistemas de visión proveen, con el objetivo de diseñar sistemas de guiado visual para vehículos aéreos no tripulados (UAVs por sus siglas en Ingles). Este trabajo va más allá del uso tradicional de sistemas visuales en UAVs, de ser simples "ojos en el cielo", demostrando que un sensor visual provee suficiente información confiable y robusta, que puede ser empleada para el diseño de diferentes aplicaciones y sistemas de control, manteniendo una precisión y desempeño similar o en algunos casos mayor a los demandados en otros sensores de control usualmente empleado en este tipo de sistemas. Este trabajo, presenta en primera medida, como algunos de los algoritmos pioneros para el procesamiento de imágenes, son robusta y eficientemente implementados a bordo de Vehículos Aéreos no tripulados y luego utilizados para la estimación de diversas transformaciones proyectivas. Estas transformaciones (incluyendo las homografías), son empleadas para el procesamiento y mejoramiento de imágenes aéreas, presentando en primera medida un sistema de estabilización de video en tiempo real al igual que un método para la generación de mosaicos. Por otra parte, las propiedades de las transformaciones proyectivas, son empleadas para el desarrollo de un nuevo sistema de medición de posición en el espacio tridimensional, permitiendo obtener la información métrica de la posición al igual que la orientación de la cámara (y el vehículo aéreo) con respecto a un plano de referencia. La información métrica de la posición y orientación obtenida mediante la descomposición de la homografía, es empleada para generar un sistema de control de alto nivel del tipo desacoplado y que es basado en la posición, el cual presenta un excelente desempeño ante la dinámica no holonómica de un vehículo aéreo no tripulado del tipo ala rotatoria, al igual que una gran robustez con respecto a los problemas comúnmente presentes en imágenes aéreas, como lo son las altas vibraciones y los constantes cambios de iluminación, al igual que los cambios de posición o las oclusiones de las referencias visuales empleadas, entre otros. Esta contribución es luego empleada para el control de un UAV en tareas como el aterrizaje autónomo y posicionamiento estático de precisión. Las estrategias de control desacopladas, también son empleadas para el diseño de un controlador visual basado en la imagen, en un novedoso sistemas empleado para el seguimiento de objetos aéreos móviles. En este sistema, el análisis de la interacción entre las referencias visuales y los grados de libertad del sistema es empleada para reducir los complejidad del diseño y ajuste del controlador visual dadas por la dinámica del vehículo aéreo. Esta tesis también presenta como los sistemas de visión omnidireccional son empleados para estimar la actitud de vuelo del vehículo aéreo al igual que para el diseño de un compás visual. El método propuesto, que opera en tiempo real y se basa en las propiedades de la teoría unificada para cámaras del tipo catadióptrico, es empleado para generar un sensor de actitud de vuelo basado en la segmentación de la línea del horizonte y del movimiento entre imágenes consecutivas. Finalmente, las propiedades de los sistemas de control del alto nivel y del tipo desacoplados, al igual que de los sistemas de visión omnidireccional son integradas con el animo de genera un novedoso método para la evasión de colisiones aéreas. Esta contribución en el área de "Observar y Evadir" emplea una arquitectura de control visual desacoplado, diseñador directamente en el es espacio de trabajo de la esfera unitaria, permitiendo integrar las propiedades y ventajas de el gran ángulo de visión de los sistemas de visión omnidireccional en el diseño de sistemas de control visual para Vehículos Aéreos no tripulados. Los diversos métodos propuestos han sido probados y validados en vuelos reales utilizando vehículos aér
International
Si
Type
Doctoral
Mark Rating
Sobresaliente cum laude
Date
14/11/2011
Participants
  • Autor: Ivan Fernando Mondragon Bernal (UPM)
  • Director: Pascual Campoy Cervera (UPM)
Research Group, Departaments and Institutes related
  • Creador: Grupo de Investigación: Computer Vision
  • Centro o Instituto I+D+i: Centro de Automática y Robótica (CAR). Centro Mixto UPM-CSIC
  • Departamento: Automática, Ingeniería Electrónica e Informática Industrial
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