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Proposta de uma arquitetura de hardware em FPGA implementada para SLAM com multi-câmeras aplicada à robótica móvel

Bonato, Vanderlei

Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP; Universidade de São Paulo; Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação 2008-01-30

Acesso online. A biblioteca também possui exemplares impressos.

  • Título:
    Proposta de uma arquitetura de hardware em FPGA implementada para SLAM com multi-câmeras aplicada à robótica móvel
  • Autor: Bonato, Vanderlei
  • Orientador: Marques, Eduardo
  • Assuntos: Arquitetura De Hardware Paralelo; Slam; Sistemas Embarcados; Robótica Móvel; Visão Computacional; Fpga; Mobile Robotics; Embedded Systems; Computer Vision; Parellel Hardware Architecture
  • Notas: Tese (Doutorado)
  • Descrição: Este trabalho apresenta uma arquitetura de hardware, baseada em FPGA (Field-Programmable Gate Array) e com multi-câmeras, para o problema de localização e mapeamento simultâneos - SLAM (Simultaneous Localization And Mapping) aplicada a sistemas robóticos embarcados. A arquitetura é composta por módulos de hardware altamente especializados para a localização do robô e para geração do mapa do ambiente de navegação em tempo real com features extraídas de imagens obtidas diretamente de câmeras CMOS a uma velocidade de 30 frames por segundo. O sistema é totalmente embarcado em FPGA e apresenta desempenho superior em, pelo menos, uma ordem de magnitude em relaçãoo às implementações em software processadas por computadores pessoais de última geração. Esse desempenho deve-se à exploração do paralelismo em hardware junto com o processamento em pipeline e às otimizações realizadas nos algoritmos. As principais contribuições deste trabalho são as arquiteturas para o filtro de Kalman estendido - EKF (Extended Kalman Filter) e para a detecção de features baseada no algoritmo SIFT (Scale Invariant Feature Transform). A complexidade para a implementaçãoo deste trabalho pode ser considerada alta, uma vez que envolve uma grande quantidade de operações aritméticas e trigonométricas em ponto utuante e ponto fixo, um intenso processamento de imagens para extração de features e verificação de sua estabilidade e o desenvolvimento de um sistema de aquisição de imagens para quatro câmeras CMOS em tempo real. Adicionalmente, foram criadas interfaces de comunicação para o software e o hardware embarcados no FPGA e para o controle e leitura dos sensores do robô móvel. Além dos detalhes e resultados da implementação, neste trabalho são apresentados os conceitos básicos de mapeamento e o estado da arte dos algoritmos SLAM com visão monocular e estéreo
  • DOI: 10.11606/T.55.2008.tde-31032008-142731
  • Editor: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP; Universidade de São Paulo; Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação
  • Data de criação/publicação: 2008-01-30
  • Formato: Adobe PDF
  • Idioma: Português
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