PLATAFORMA DE TESTES DE SISTEMAS EMBARCADOS PARA PROCESSAMENTO DE IMAGENS EM TEMPO REAL

PLATAFORMA DE TESTES DE SISTEMAS EMBARCADOS PARA PROCESSAMENTO DE IMAGENS EM TEMPO REAL

V. de Sá. Nunes¹*;², A. C. Xavier³; D. Roos²; E. H. Shiguemori²; P. F. Silva Filho²

¹Universidade Federal de São Paulo – Instituto de Ciência e Tecnologia, São José dos Campos – SP

*[e-mail]

²Instituto de Estudos Avançados – Divisão de Geointeligência, São José dos Campos – SP

³Universidade Paulista – UNIP, São José dos Campos – SP

INTRODUÇÃO

        O processamento de imagens em tempo real e embarcado tem diversas aplicações em sensoriamento remoto. No projeto PITER têm sido desenvolvidas diversas técnicas de visão computacional para identificação automática de referências presentes no solo para uso na navegação autônoma de veículos aéreos não tripulados (VANT). Dentre as técnicas estudadas, destacam-se: integrações do histograma de gradientes, árvore de decisão, busca em cascata e redes neurais artificiais (Gonzalez e Woods, 2008?; Duda, Hart e Stork, 2001). No IEAv, estas técnicas têm sido testadas em PCs (Rebouças et al., 2013). No entanto, a aplicação requer que estes algoritmos sejam implementados em sistemas embarcados no VANT para processamento em tempo real. Para isso, surge a necessidade de realizar testes destes sistemas embarcados antes de serem colocados nos VANT, devido ao alto risco de queda ou acidentes  (Kandhalu et al., 2009).

Desta forma, o objetivo deste trabalho é apresentar uma plataforma de testes para sistemas embarcados antes de serem colocados nos VANTs. Com ela, alguns requisitos podem ser avaliados como, por exemplo, o processo de captação das imagens com uso de diferentes câmeras, realização de testes das diferentes técnicas implementadas no projeto PITER, em que se pode variar altura de voo e analisar o consumo de energia dos sistemas embarcados.

Como caso de uso, é empregado um algoritmo para detecção de marcos que faz uso do algoritmo Oriented FAST and Rotated BRIEF (ORB) e triangulação.

2. METODOLOGIA

         Inicialmente, foi montada uma estrutura para testes de sistemas embarcados (Xavier e Shiguemori, 2015). A estrutura foi composta por uma câmera (Fig. 1), uma TV e uma estrutura metálica. Além disso, foram utilizados um PC e um computador embarcável.

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Fig. 1. Câmera Axis 213 Ptz (AXIS, 2015).

        O computador embarcável possui as especificações apresentadas na Tab. 1.:

Tab. 1. Especificações do sistema embarcado

.[pic 2]

O objetivo da TV, ligada ao PC, é apresentar os vídeos captados pelo VANT. A câmera apoiada na estrutura, simula o sistema embarcado. O computador embarcável solicita a foto da câmera e processa o algoritmo de processamento de imagens desenvolvido por (Rodrigues et al., 2013) e (Silva Filho et al., 2014). Para a estrutura metálica, foi elaborado projeto com vistas: lateral (Fig. 2); frontal (Fig. 3); e, superior (Fig. 4) (Xavier e Shiguemori,  2014).

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Fig. 2. Plataforma vista lateral.                Fig. 3. Plataforma vista frontal.

Fonte: (Xavier e Shiguemori., 2014)

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Fig. 4. Plataforma vista superior. Fonte: (Xavier e Shiguemori, 2014)

Em seguida, à esta estrutura foram conectados: câmera, o computador embarcável, o PC e a TV. A Fig. 5  mostra a estrutura montada.

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Fig. 5. Plataforma montada para o trabalho.

        Para implementação e testes é necessário utilizar um ambiente de programação. Neste estudo optou-se pela linguagem C/C++, com uso da biblioteca OpenCV (Bradski e Kaehler, 2008). Os testes são aplicados em uma videografia realizada por um VANT  hexacóptero (Eller et al., 2013) (Fig. 6), para a aquisição das imagens.

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Fig. 6. Hexacóptero utilizado na obtenção de imagens

Além disso, foram empregados algoritmos de processamento de imagens, baseados no ORB e triangulação (Rodrigues et al., 2013) e (Silva Filho et al., 2014).

        A obtenção das imagens foi feita com uso do hexacóptero, que possui uma câmera HD acoplada (Eller et al., 2014). Na Fig 7. é apresentado um exemplo de imagem obtida pelo VANT e na figura subsequente, um marco utilizado para reconhecimento.

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Fig. 7. Imagem obtida pelo VANT.

A Figura 8 mostra um marco que foi utilizado nos experimentos com a intenção de reconhece-lo na videografia.

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Fig. 8. Marcos utilizados em um dos experimentos

2.1 PARTE EXPERIMENTAL

        Para a realização dos testes, os vídeos captados pelo VANT são apresentados na TV com uso do PC. O sistema embarcado, posicionado na estrutura, capta as imagens com uso da câmera. As imagens são obtidas com uma resolução de 704 x 578 (pixels). Na Fig. 9 são ilustradas as imagens originais e as imagens obtidas na plataforma de testes.  Observa-se que, inicialmente, as imagens possuem variações na tonalidade e contraste: Fig. 9 (a) e Fig. 9(b); e Fig. 9 (c) e Fig. 9 (d).

        

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(a)                               (b)

[pic 11]

(c)                                (d)

Fig. 9. Videografia captada pela câmera (a e c) e videografia captada pelo VANT (b e d).

O sistema embarcado faz o processamento destas imagens com uso de técnicas desenvolvidas no projeto PITER. Nesta etapa foi empregada a biblioteca de visão computacional e processamento de imagens OpenCV 2.4.9 (Bradski e Kaehler, 2008), escrita em C e C++ (Intel, 2015). Para realizar os testes, utilizou-se o compilador G++ do Linux. Por fim, foram realizados experimentos para análise de desempenho da plataforma de testes e das técnicas de processamento de imagens.