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Vuelo autónomo basado en estimadores estocásticos para mantener a un objetivo dentro del campo de visión
BEATRIZ HERNANDEZ HERNANDEZ
JOSE DE JESUS RANGEL MAGDALENO
JOSE MARTINEZ CARRANZA
Acceso Abierto
Atribución-NoComercial-SinDerivadas
Autonomous flight
Stochastic estimators
Kalman unscented filter
Image processing
The use of drones in areas such as cinema, sports, social events and even military areas has been increasing due to their exibility to capture video in scenarios where there is an interest to keep a target within the field of view of the drones onboard camera. In order to remove the dependence of the pilot that controls the drone, in this work we present a system for an autonomous flight control of the drone with the goal of keeping a target within the field of view of its onboard camera. For the latter, the images were captured by a camera onboard the drone, whose output was combined with a stochastic estimator of the target states, based on the Unscented Kalman Filter, to generate control commands so that the drone performs such recording autonomously. Two approaches are proposed, the first with the target seen from the front of the drone and the second with the target seen from above by the drone. Both approaches of the system were validated with real-time tests involving different targets moving with different trajectories and compared against human pilots. For the first approach, our system kept the target within the field of view with a 96.60% of success and the second approach with a 92.05 %, compared to 83.30% and 89.13% of success obtained by human pilots, respectively. The latter indicates that our approach has the potential to be used in applications where autonomous drones could be used for aerial video recording, with a special interest in keeping a target within the field of view of the drone's camera.
El uso de los drones en áreas como el cine, deportes, eventos sociales e incluso en áreas militares ha incrementado debido a su flexibilidad para capturar video en escenarios donde hay un gran interés por mantener a un objetivo dentro del campo de visión de la cámara a bordo del dron. Con el fin de eliminar la dependencia del piloto que controla al dron, en este trabajo se presenta un sistema para el control del vuelo autónomo del dron con el propósito de mantener a un objetivo dentro del campo de visión de la cámara que tiene a bordo. Las imágenes fueron capturadas por la cámara a bordo del dron y combinadas con un estimador estocástico de los estados del objetivo, basado en el Filtro Kalman Unscented, para generar comandos de control que permitan al dron realizar la grabación de forma autónoma. Se proponen dos enfoques, el primero con el objetivo visto desde el frente del dron y el segundo con el objetivo visto desde arriba por el dron. Ambos enfoques fueron validados con pruebas en tiempo real que involucran a un objetivo que se mueve en diferentes trayectorias y son comparadas con pilotos humanos. Para el primer enfoque, nuestro sistema mantiene al objetivo dentro del campo de visión con un 96.60% de éxito y para el segundo enfoque con un 92.05 %, mientras que el éxito obtenido con pilotos humanos es del 83.30% y del 89.13% respectivamente. Lo anterior, indica que nuestro enfoque tiene el potencial para ser usado en aplicaciones en las que los drones autónomos pueden ser utilizados para grabación aérea de video, con un especial interés por mantener a un objetivo dentro del campo de visión de la cámara a bordo del dron.
Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica
2017-08
Tesis de maestría
Español
Estudiantes
Investigadores
Público en general
Hernández-Hernández B.
MICROELECTRÓNICA. DISEÑO
Versión aceptada
acceptedVersion - Versión aceptada
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