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Deteção e Segmentação de Alvos em Ambiente de Estrada usando LIDAR Departamento de Engenharia Mecânica Daniel Torres Couto Coimbra e Silva Julho 2013 Dissertação.

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1 Deteção e Segmentação de Alvos em Ambiente de Estrada usando LIDAR Departamento de Engenharia Mecânica Daniel Torres Couto Coimbra e Silva Julho 2013 Dissertação de Mestrado Orientador: Prof. Dr. Vítor Santos Colaborador: Mestre Jorge Almeida

2 Daniel Torres Couto Coimbra e Silva Estrutura LIDAR Visão geral do Projeto Processo de Segmentação Conclusões e Trabalho Futuro Enquadramento Avaliação do Desempenho Resultados Obtidos Estrutura 2 Julho 2013

3 Daniel Torres Couto Coimbra e Silva Enquadramento Seguimento de objetos móveis (Multiple Target Tracking): Aquisição. Segmentação. Associação. Previsão do movimento. Classificação automática de objetos. 3 Julho 2013 Segmentação.

4 Daniel Torres Couto Coimbra e Silva Enquadramento Motivação Robótica móvel. Sistemas de apoio à condução. Planeamento de trajetórias. Aplicações de segurança. Controlo de acessos. Fluxos de movimentos (aeroportos, centros comerciais). 4 Julho 2013

5 Enquadramento Objetivos Daniel Torres Couto Coimbra e Silva Avaliação comparativa, exaustiva e qualitativa de diferentes algoritmos de segmentação. Variação valor dos parâmetros. Diferentes situações de estrada. Utilização de um Laser 2D. 5 Julho 2013

6 Daniel Torres Couto Coimbra e Silva LIDAR Princípios de funcionamento Obtenção direta distancias aos obtáculos. Construção mapa 2D. 6 Julho 2013

7 Daniel Torres Couto Coimbra e Silva LIDAR Sick LMS m alcance máximo. 0.50° resolução angular. 270° de ângulo de varrimento. 7 Julho 2013

8 LIDAR Problemas relacionados Zonas de oclusão. Situações de proximidade. Mudanças de forma. Ruído do laser. Refletividade. Condições atmosféricas. Grandes ângulos de incidência. Vegetação. Daniel Torres Couto Coimbra e Silva 8 Julho 2013

9 Daniel Torres Couto Coimbra e Silva Visão geral do Projeto 9 Julho 2013

10 Processo de Segmentação Descrição do processo Daniel Torres Couto Coimbra e Silva Transformar um conjunto de pontos/medições retornados pelo Laser em Segmentos. Má segmentação: Sobre-segmentação. Sub-segmentação. 10 Julho 2013

11 Daniel Torres Couto Coimbra e Silva Processo de Segmentação Algoritmos implementados Segmentação Simples Parâmetro variável: Distância de separação D thd 11 Julho 2013

12 Daniel Torres Couto Coimbra e Silva Processo de Segmentação Dietmayer Segmentation Algoritmos implementados D thd = C 0 +C 1 min{r i-1,r i } C1 = 2(1Δ ) Parâmetro variável: Constante redução de ruído C 0 12 Julho 2013

13 Daniel Torres Couto Coimbra e Silva Processo de Segmentação Santos Approach Algoritmos implementados Parâmetros variáveis: Constante redução de rudido C 0 Ângulo β 13 Julho 2013

14 Daniel Torres Couto Coimbra e Silva Processo de Segmentação Adaptive Breakpoint Detector Algoritmos implementados Parâmetro variável: Ângulo λ 14 Julho 2013

15 Daniel Torres Couto Coimbra e Silva Processo de Segmentação Adaptive Breakpoint Detector Algoritmos implementados 15 Julho 2013

16 Processo de Segmentação Spatial Nearest Neighbour Algoritmos implementados if ponto ainda não associado a um segmento Calcula-se D eu a todos os pontos sem associação; if D eu < D thd Ponto pertence ao mesmo objeto; end if Ir para o próximo ponto sem associação e repetir o processo até todos os pontos estarem associados a um segmento; end if Parâmetro variável: Distância de separação D th d Daniel Torres Couto Coimbra e Silva 16 Julho 2013

17 Processo de Segmentação Spatial Nearest Neighbour Algoritmos implementados Resolve parcialmente problemas de oclusão. Daniel Torres Couto Coimbra e Silva 17 Julho 2013

18 Daniel Torres Couto Coimbra e Silva Processo de Segmentação Multivariable Segmentation Algoritmos implementados Pares de medições. Calculado vetor de atributos. Semelhança dos vetores de medições. Parâmetro variável: Semelhança de vetores. 18 Julho 2013

19 Daniel Torres Couto Coimbra e Silva Processo de Segmentação Algoritmos implementados Multivariable Segmentation P i = [p i p i+1 ] P i+1 = [p i+1 p i+2 ] 19 Julho 2013

20 Daniel Torres Couto Coimbra e Silva Avaliação do desempenho Total: 867 scans: Linha reta: 413 scans (azul). Aproximação à rotunda: 108 (verde). Rotunda: 346 (vermelho). 20 Julho 2013 Linha de vista 100 m

21 Daniel Torres Couto Coimbra e Silva Avaliação do desempenho Ground-truth 21 Julho 2013

22 Daniel Torres Couto Coimbra e Silva Avaliação do desempenho Ground-truth 22 Julho 2013 Scans descartados

23 Daniel Torres Couto Coimbra e Silva Avaliação do desempenho Visualização 23 Julho 2013

24 Daniel Torres Couto Coimbra e Silva Avaliação do desempenho Métricas de avaliação Associação de segmentos 24 Julho 2013

25 Avaliação do desempenho Métricas de avaliação Daniel Torres Couto Coimbra e Silva Métrica A 25 Julho 2013 Energia Função de custo

26 Avaliação do desempenho Métricas de avaliação Distâncias entre extremos Daniel Torres Couto Coimbra e Silva 26 Julho 2013

27 Avaliação do desempenho Métricas de avaliação Daniel Torres Couto Coimbra e Silva Métrica B 27 Julho 2013 Energia Função de custo

28 Daniel Torres Couto Coimbra e Silva Avaliação do desempenho Métricas de avaliação 6 métricas foram desenvolvidas e aperfeiçoadas. 4 não eram conclusivas. Vantagens: Algoritmos avaliados de igual forma. Penalizada a distância entre os segmentos. Penalizada diferênça de tamanhos. Penaliza situações de sobre e sub segmentação. 28 Julho 2013

29 Métrica A – linha reta Resultados obtidos Daniel Torres Couto Coimbra e Silva 29 Julho 2013 SS D thd [m] SA C 0 / β[m / o ] SNN D thd [m] MS Valor ótimo Energia / SNN – Linha reta – Métrica A SA – Linha reta – Métrica A Energia Média #GT/#ALG

30 Métrica B – linha reta Resultados obtidos Daniel Torres Couto Coimbra e Silva 30 Julho 2013 SS D thd [m] SA C 0 / β[m / o ] SNN D thd [m] MS Valor ótimo Energia / SNN – Linha reta – Métrica B SS – Linha reta – Métrica B Energia Média #GT/#ALG

31 Métrica A – rotunda Resultados obtidos Daniel Torres Couto Coimbra e Silva 31 Julho 2013 SS D thd [m] SA C 0 / β[m / o ] SNN D thd [m] MS Valor ótimo Energia / SA – Rotunda – Métrica A SS – Rotunda – Métrica A Energia Média #GT/#ALG

32 Métrica B – rotunda Resultados obtidos SS D thd [m] SA C 0 / β[m / o ] SNN D thd [m] MS Valor ótimo Energia / Daniel Torres Couto Coimbra e Silva 32 Julho 2013 SNN – Rotunda – Métrica B SA – Rotunda – Métrica B Energia Média #GT/#ALG

33 Daniel Torres Couto Coimbra e Silva Resultados obtidos Métrica A – percurso completo SS D thd [m] SA C 0 / β[m / o ] SNN D thd [m] MS Valor ótimo Energia / Julho 2013 SNN – Completo – Métrica A MS – Completo – Métrica A Energia Média #GT/#ALG

34 Resultados obtidos Daniel Torres Couto Coimbra e Silva 34 Julho 2013 Métrica B – percurso completo SS D thd [m] SA C 0 / β[m / o ] SNN D thd [m] MS Valor ótimo Energia / , SNN – Completo – Métrica B SS – Completo – Métrica B Energia Média #GT/#ALG

35 Resultados obtidos Daniel Torres Couto Coimbra e Silva 35 Julho 2013 Tempos de processamento SSDSSAABDSNNMS Tempo processamento 876 Scans; dado em segundos. Valores meramente indicativos.

36 Daniel Torres Couto Coimbra e Silva Conclusões e trabalho futuro Os algoritmos propostos foram implementados com sucesso. Realizada comparação qualitativa da qualidade da Segmentação dos algortimos para diferentes cenários de estrada. SNN foi o algoritmo mais consistente nos diversos cenários. SA apresentou bons resultdos, uma combinação destes dois algoritmos pode resultar numa segmentação interessante. Como trabalho futuro poderá incidir sobre a segmentação de vegetação e numa segmentação combinada de Laser e visão artificial. 36 Julho 2013

37 Dissertação de Mestrado Daniel Torres Couto Coimbra e Silva Deteção e Segmentação de Alvos em Ambiente de Estrada usando LIDAR Departamento de Engenharia Mecânica Orientador: Prof. Dr. Vítor Santos Colaborador: Mestre Jorge Almeida


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