Estabilización de vídeo en tiempo real : aplicaciones en teleoperación de micro vehículos aéreos de ala rotativa

Abstract

Micro Aerial Vehicles (MAVs), a subset of Unmanned Aerial Vehicles (UAVs), also known as drones, are becoming popular for several applications and gaining interest due to advantages as manufacturing and maintenance cost, size and weight, energy consumption, and flight maneuverability. Required skills for drone teleoperators being lower than for aircraft pilots, however their training process can last several weeks or months depending on the target at hands. In particular, this process is harder when teleoperators cannot observe directly the vehicle, depending only on onboard sensors and cameras. The presence of oscillations in the captured video is a major problem with cameras on UAVs. It is even more complex for MAVs because the external disturbances increase the instability. There exists mechanical video stabilizers that reduce camera oscillations, however this mechanical device adds weight and increases the manufacturing cost, energy consumption, size, weight, and the system becomes less safe for people. In this thesis, we propose to develop video stabilization software algorithms, without additional mechanical elements in the system, to be applied in real-time during the UAV navigation. In the literature, there are a few video stabilization algorithms able to be applied in real-time, but most of them generate false motion (phantom movements) in the stabilized image. Our algorithm represents a good tradeoff between stable video recording and simultaneously keeping UAV real motion. Several experiments with MAVs have been performed and the employed measurements demonstrate the good performance of the introduced algorithm.

Los micro vehículos aéreos (MAVs), un subconjunto de vehículos aéreos no tripulados (UAVs), también llamados drones, han ganado popularidad en múltiples aplicaciones y un creciente interés debido a sus ventajas como costo de fabricación y mantenimiento, volumen, peso del vehículo, gasto energético, y maniobrabilidad de vuelo. La destreza requerida para un teleoperador de drones es inferior a la de un piloto de aeronaves de mayor dimensión, no obstante, su proceso de entrenamiento puede durar varias semanas o incluso meses dependiendo del objetivo que se persiga. Este proceso se dificulta cuando el teleoperador no puede observar de forma directa al vehículo y depende únicamente de los sensores y cámaras a bordo del sistema. Uno de los principales problemas con cámaras a bordo de drones es la oscilación presente en los vídeos capturados. Este inconveniente es más complejo para los MAVs porque las perturbaciones externas provocan mayor inestabilidad. Existen dispositivos mecánicos de estabilización de vídeo que reducen las oscilaciones en la cámara. Sin embargo, estos mecanismos implican una carga adicional al sistema y aumentan el costo de producción, gasto energético y el riesgo para las personas que se encuentren cerca en caso de accidente. En la presente tesis se propone el desarrollo de algoritmos de estabilización de vídeo por software sin elementos mecánicos adicionales en el sistema, a ser utilizados en tiempo real durante la navegación de los UAVs. En la literatura existen pocos algoritmos de estabilización de video aplicables en tiempo real, los cuales generan falsos movimientos (movimientos fantasma) en la imagen estabilizada. El algoritmo desarrollado es capaz de obtener una imagen estable y simultáneamente mantener los movimientos reales. Se han llevado a cabo múltiples experimentos con MAVs y las métricas de evaluación utilizadas evidencian el buen desempeño del algoritmo introducido.