Deteção e seguimento de trilhos em ambientes florestais com recurso a um sistema de visão monocular

Abstract

Esta dissertação propõe um sistema de apoio à navegação baseado em visão monocular passível de ser instalado em veículos aéreos não tripulados de pequena e média dimensão, concebidos para realizar missões em ambiente florestal (e.g., busca e salvamento). A navegação autónoma em ambiente florestal apresenta um conjunto de desafios que vão desde a complexidade dos obstáculos presentes (e.g., árvores) até ao ruído provocado pela vegetação nos sinais de radiofrequência tipi camente usados para controlo remoto ou auto-localização (GPS). Neste contexto, o trabalho proposto nesta dissertação aborda a questão da utilização de trilhos para navegar de forma segura neste tipo de ambientes, explorando o facto dos trilhos poderem ser caraterizados como sendo vias de comunicação terrestre, que se apresentam por norma livres de obstáculos. Para tal, é estendida a técnica de deteção e seguimento de trilhos proposta por Santana et al. [68], à qual é adici onada informação tridimensional do ambiente para aumentar a sua robustez na presença de trilhos mais desafiantes. Concretamente, a informação tridimensional do ambiente obtida através de sequências de imagens capturadas por uma câmara monocular equipada no veículo aéreo é utilizada para modular essa mesma téc nica de deteção de trilhos. Os resultados experimentais, obtidos a partir de um conjunto de 12 vídeos filmados com recurso a uma câmara montada num veículo aéreo não tripulado de pequena dimensão, tele-operado, mostram a capacidade do sistema proposto na identificação da região hipótese do trilho, tendo sido obtida uma taxa de sucesso de 97; 78%, sendo superior aos 90:30% obtidos pelo sistema que serviu de base a este trabalho.

This dissertation proposes a support system to navigation based on monocular vision system susceptible of being installed in unmanned small and medium-sized aerial vehicles, built to perform missions in forest environments (e.g., search and rescue). Autonomous navigation in forest environments presents a set of challenges from the complexity of existing obstacles (e.g., trees) to the noise caused by vegetation in the radiofrequency signals typically used for remote control or auto-location (GPS). In this context, this dissertation addresses the use of trails to navigate safely in this kind of environments, exploring the fact that trails can be characterized as means of terrestrial communication, normally free of obstacles. For that, the detection and trail following technique proposed by Santana et al. [68] is used, to which tridimensional environment information is added, to increase its sturdiness upon more challenging trails. More specifically, the environment’s tridimensional information obtained through sequences of images captured by a monocular camera equipped in the aerial vehicle is used to adjust that trail detection technique. The experimental results, obtained via a set of 12 videos recorded with a camera installed in a tele-operated, unmanned small-sized aerial vehicle, show the capacity of the proposed system in identifying the trail path, achieving a success rate of 97; 78%, meaning a higher success rate than the 90:30% achieved with the system used as basis for the work developed in this dissertation.