Descripció del projecte
En el context de la indústria 4.0, l’ús de càmeres i sensors de profunditat s’han convertit en una realitat, obrint així un gran ventall de possibilitats que permeten dotar de percepció d’entorn a molts dispositius i maquinaria on fins ara no era possible. Cada vegada són més les indústries que fan servir sensors de profunditat per cobrir la necessitat de percepció, fins ara limitada a màquines altament sofisticades o processos de control humà. Aquesta tecnologia permet realitzar escanejats i reconstruccions 3D, millorar els sistemes de navegació i permetre el posicionament i seguiment d’objectes amb una fiabilitat sense precedents. Els camps d’aplicació són molts i variats, entre ells hi ha la robòtica, els drons, els sensors volumètrics, els sensors de mesura així com també dispositius biomètrics i de realitat augmentada.
Pel que fa a la tecnologia que permet mesurar la profunditat en aquests tipus de sensors, aquesta és molt diversa i adaptada als requeriments de cada aplicació. Tot i això, és poden considerar dos grans famílies en funció de les tècniques aplicades: (i) les tècniques de visió estèreo que alhora poden ser tècniques passives, que utilitzen múltiples sensors d’imatge i punts de referencia naturals, o tècniques actives, que es basen en llum estructurada projectada mitjançant un làser; (ii) la mesura de temps de vol (TOF) en la que les tècniques varien en funció del sistema que s’utilitza per mesurar el temps de vol.
Per altra banda, el control d’aquestes sensors requereix de sistemes informàtics especialitzats, en els quals es realitza el processament de les dades capturades per tal de extreure la informació a alt nivell. Normalment, aquests processos segueixen una estructura seqüencial on mitjançant els paràmetres intrínsecs de la càmera es converteixen els valors de profunditat a coordenades en el mon real. A continuació, mitjançant tècniques de visió per computador, es processen aquestes dades per tal de filtrar la informació no rellevant i realitzar les mesures sobre les dades objectiu. Reduir la complexitat de cal·libració i la necessitat d’interacció manual és un repte tecnològic complex i de gran interès per a la indústria.
Una de les aplicacions més directes que es pot donar a aquest tipus de sensors és la monitorització d’estocs remots mitjançant sensors de baix cost. Aquests sensors tenen l’objectiu de monitoritzar i quantificar el material emmagatzemat mitjançant càmeres de profunditat que permeten automatitzar aquest procés i augmentar-ne la fiabilitat per tal de optimitzar la logística d’abastiment que hi ha al darrera. Actualment, només és possible calcular l’ocupació d’un contenidor de material sòlid mitjançant una reconstrucció 3D del seu interior, ja que els sensors de nivell convencionals tenen greus penalitzacions de mesura davant a superfícies irregulars. En aquest context, els sensors volumètrics amb la sensòrica adequada poden aportar un gran valor a molts sectors de la industria actual i millorar el rendiment econòmic reduint al mateix temps l’impacte mediambiental. Sectors com la alimentació animal o la construcció són clars exemples de possibles camps d’aplicació.
L’objectiu d’aquest doctorat industrial és estudiar i desenvolupar un procediment eficient per transformar les mesures dels sensors de profunditat en dades quantitatives de material. També es buscarà aconseguir un marc d’aplicació on el sensor no requereixi d’ajust manual, minimitzant la parametrització del contenidor i maximitzant la qualitat de reconstrucció. Un dels reptes afegits en aquesta tasca serà la conversió de volum a pes, de manera que també es farà èmfasi en el desenvolupament de mètodes per realitzar de manera acurada aquesta inferència de volum a pes. L’entorn de desenvolupament se centrarà en sensors de llum estructurada i l’interior de contenidors, amb la possibilitat de portar la tecnologia a altres escenaris com entorns oberts o contenidors de petites dimensions, estudiant l’ús si és necessari d’altres tipus de sensor.
Per a poder assolir aquest objectiu s’estudiaran i es proposaran: (i) Tècniques que ens permetin transformar les mesures del sensor en dades quantitatives de material; (ii) Tècniques i estratègies per disposar de sensòrica lliure de parametrització manual, automatitzant l’extracció de geometries i maximitzant la qualitat de reconstrucció 3D; i (iii) Mètodes per realitzar de manera acurada la inferència de pes a volum, tenint en compte la natura compressible dels diferents materials.
Aquesta tesi permetrà donar un pas endavant en qualitat, precisió i fiabilitat de la solució que actualment INSYLO desplega als seus clients. En el marc d’aquest doctorat industrial es potenciaran les col·laboracions amb les institucions/empreses que puguin complementar la recerca realitzada.
