Santa María Tonantzintla, Puebla, a 13 de julio de 2020. Con el propósito de coadyuvar en el análisis y gestión del territorio nacional mediante aeronaves autónomas no tripuladas, investigadores desarrollaron un sistema para captura y procesamiento de video y fotografía aérea para drones y aviones ligeros.

Este proyecto fue desarrollado por el grupo de “Sistemas aéreos no tripulados inteligentes” del Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE) en el marco de una convocatoria del Fondo Mixto Sectorial Conacyt-INEGI, y concluyó con éxito el año pasado.

El objetivo del proyecto fue desarrollar un software prototipo y la metodología para su uso en la tarea de levantamiento (captura), visualización y procesamiento de video y fotografías aéreas a partir de una cámara montada sobre un vehículo aéreo tipo dron o avión ligero, informa el Dr. José Martínez Carranza, científico del INAOE y líder del citado grupo de investigación.

El proyecto se enfocó en el tema de levantamiento de video y fotografías aéreas con drones o aviones ligeros, para lo cual se propuso el desarrollo de un software prototipo que pudiera utilizarse en ambas plataformas, y se desarrolló un sistema basado en software de código abierto para grabar video y fotografía aérea.

Este proyecto surge de la necesidad que tiene el INEGI de analizar y gestionar el manejo del territorio nacional, comenta el Dr. Martínez Carranza.

“El INEGI genera modelos y análisis cartográfico de todo el territorio nacional tradicionalmente utilizando imágenes satelitales y con fotografías aéreas. Ellos procesan las imágenes satelitales y generaban modelos bidimensionales que utilizan para diferentes aplicaciones. Sin embargo, la imagen satelital tiene cierta resolución que puede ser muy grandes en términos de pixeles, pero un pixel representa por ejemplo cinco metros del territorio nacional, hay partes en las cuales la calidad de información no es suficiente para contribuir a realizar estos modelos y por otro lado el uso de satélites es muy costoso”, resalta.

Con el surgimiento de los drones y la facilidad con la que se puede realizar fotografía aérea, añade, “el INEGI vio esta tecnología como una herramienta auxiliar para complementar esos pedazos de terreno donde no hay muy buena calidad de información, en lugar de estar pasando el satélite varias veces por ahí, algo que es costoso”.

El investigador explica que el proyecto realizado proporciona una herramienta a aquellos usuarios que requieran observar en tiempo real el terreno durante el vuelo de un avión no tripulado a través de la generación de un mosaico de imágenes o mediante la generación de nubes de puntos 3D y su teselación.

“En ambos casos, durante la generación del mosaico o de la nube de puntos se almacenan las imágenes utilizadas en estos procesos. Posteriormente, estas imágenes pueden ser procesadas con los módulos adicionales que se ofrecen para la generación de modelos 3D, a partir de los cuales también se pueden generar ortoimágenes. Finalmente, el sistema también incluye una herramienta para clasificar automáticamente zonas de interés en imágenes aéreas de tres tipos: urbana, vegetación y agrícola”.

El proyecto se basa en una combinación de software libre con software de desarrollo propio, lo cual le da ventaja sobre otras propuestas basadas en software comercial, usualmente costoso: “De esta forma les pudimos ofrecer una herramienta alternativa para capturar video y fotografía con drones y luego procesarlos en una estación de trabajo para generar modelos tridimensionales y con eso complementar los datos que ellos procesan”.

Este proyecto no sólo fue positivo para el INEGI, sino también para el grupo que lo desarrolló, el cual ha ganado diversos premios a nivel nacional e internacional en los últimos años. El proyecto produjo además dos artículos en revistas indexadas en el Journal Citation Report, un artículo de investigación en la revista del INEGI Realidad, Datos y Espacio, Revista Internacional de Estadística y Geografía; siete artículos arbitrados en conferencia internacional, de los cuales uno de ellos ganó el tercer lugar al mejor artículo de la Conferencia en la Mexican International Conference on Artificial Intelligence (MICAI 2018), y se generaron dos tesis de maestría en Ciencias Computacionales, en el INAOE, y seis de licenciatura.

Acerca del trabajo científico que se realiza actualmente en el grupo, el Dr. Martínez Carranza comenta: “Nos estamos enfocando a que los drones se vuelvan herramientas inteligentes. Tradicionalmente se han empleado como una herramienta para captura de video y de fotografía, pero mi visión es que puedan cobrar un cierto nivel de autonomía , lo que implica un cierto nivel de inteligencia artificial  para la toma de decisiones y que pueden ayudar a las personas a realizar tareas de manera más eficiente y efectiva”.

El también Senior Research Fellow de la Universidad de Bristol subraya: “Este proyecto es una muestra de que con los drones podemos capturar información y generar mosaicos de imágenes en tiempo real en extensiones grandes de terreno y esto se puede utilizar para monitoreo y vigilancia. En desastres naturales el dron puede ser de gran utilidad para obtener rápidamente una imagen aérea de gran cobertura de un área afectada. Pero si a esto le agregamos que detecte situaciones de riesgo o a personas que estén en un área afectada, puede ser más interesante. Nosotros estamos trabajando en proyectos para que los drones puedan interactuar con el espacio, por ejemplo un dron que pueda acercarse a una ventana y limpiarla o que pueda acercarse a un poste de luz y repararlo, todo esto es para salvaguardar la seguridad del humano cuando el dron esté en un área peligrosa”.

Finalmente, agradece al fondo sectorial porque el impacto del proyecto fue muy positivo: “esperamos en el futuro seguir con este tipo de apoyos”.

Santa María Tonantzintla, Puebla.- Científicos del Reino Unido de y México hablarán sobre la combinación de las técnicas de visión por computadora y control para vehículos aéreos autónomos en el International Workshop for Vision and Control for Autonomous Drones.

Este taller internacional se realizará el 23 y el 24 de febrero en el Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE) y marca el fin del proyecto RAFAGA que por dos años recibió financiamiento del Fondo Newton de la Royal Society de Gran Bretaña liderado por el Dr. José Martínez Carranza, investigador de este centro de investigación.

En entrevista, el Dr. Carranza informó: “El proyecto Robust Autonomous Flight of unmanned Aerial vehicles in Gps-denied outdoor Areas (RAFAGA) fue financiado por la Royal Society del Reino Unido a través del Fondo Newton, organismo que otorga financiamiento para que investigadores de distintos países del mundo colaboren con investigadores del Reino Unido. RAFAGA recibió financiamiento a través de un esquema novedoso que se llama Newton Advanced Fellowship, esquema reciente del Fondo Newton y gracias al cual científicos jóvenes pueden realizar investigación en su país de origen a la vez que colaboran a distancia con científicos británicos. En mi caso, competí por este financiamiento y me fue otorgado para realizar investigación en robótica aŕea por un periodo de dos años que empezó en marzo de 2015 y finaliza este febrero de 2017. Por lo tanto, para clausurar el proyecto, vamos a traer a investigadores británicos a este taller internacional, en donde también habrá investigadores mexicanos de muy alto nivel, que hablarán de temas de visión y control con orientación al tema de  drones autónomos”.

El Dr. Martínez Carranza explicó: “Las técnicas de visión computacional se utilizan en muchos ámbitos y las técnicas de control son también muy conocidas y populares, pero puestas juntas abren las puertas a la autonomía de los drones, porque estamos hablando de drones que pueden 'ver' de manera artificial y con ello aumentar su capacidad para tomar decisiones de manera autónoma. Lo anterior es el enfoque principal del taller: que los asistentes conozcan las técnicas principales en visión y control para el desarrollo de drones autónomos”.

Interrogado sobre los resultados de RAFAGA en dos años, el Dr. Martínez Carranza dijo: “Hemos graduado a dos estudiantes de maestría, tenemos cuatro artículos sometidos en revistas JCR y varios artículos publicados en conferencia internacional arbitrada. Hemos participado con tres pláticas magistrales a nivel internacional, 17 pláticas magistrales a nivel nacional y 25 pláticas de divulgación a lo largo del país en estos dos años. También fuimos a un concurso internacional en China, el International Micro Air Vehicle Competition, IMAV 2016, en el que conseguimos un segundo lugar en la categoría de vuelo en interiores. Es la primera vez que México compite en este evento y se ha establecido un referente histórico al haber obtenido el segundo lugar internacional. Por otra parte, hemos tenido un impacto local importante porque actualmente estamos dirigiendo tesis de estudiantes de doctorado, maestría y licenciatura, más otros estudiantes que participan con servicio social, prácticas, tesinas”.

En relación con el futuro del proyecto de drones en el INAOE, añadió: “Continuaremos con este trabajo porque este es un tema muy importante. El INAOE se está convirtiendo en una referencia nacional en el campo de la robótica aérea, en sistemas aéreos autónomos que combinan técnicas de visión con técnicas de control sofisticadas y por ello mi objetivo es que este taller internacional nos apoye para promover lo que hemos hecho en el INAOE  tanto a nivel nacional como internacional. Lo que sigue es continuar en esta área de investigación, por ejemplo, tenemos un proyecto del Fondo Sectorial que se aprobó con el INEGI que también involucra drones, visión y aspectos de autonomía, tendrá una duración por dos años y comenzamos en febrero de 2017. También estamos trabajando en una propuesta del programa Horizon 2020, programa de la Unión Europea, y para lo anterior hemos formado un consorcio internacional con países europeos con los que estamos trabajando dicha propuesta que vamos a someter en abril. Esta propuesta girará en torno del concepto de nube de drones”.

Finalmente, el Dr. Martínez Carranza expresó su agradecimiento a la Royal Society y al Fondo Newton por haberle otorgado la Newton Advanced Fellowship, una distinción que además de haberle brindado financiamiento por dos años para su investigación en robótica aérea, también lo distinguió como becario investigador miembro de la Royal Society. De igual modo, expresó su agradecimiento a la empresa mexicana Heliboss, empresa que en septiembre de 2015 donó un dron modelo DJI Matrice 100 al proyecto RAFAGA.

El International Workshop on Vision and Control for Autonomous Drones es un evento avalado por la Federación Mexicana de Robótica y contará con ponentes de talla internacional como Andrew Calway, de la Universidad de Bristol, y Richard Bostock, de BlueBear Systems Research Ltd, ambos del Reino Unido. También impartirán conferencias distinguidas Luis Enrique Sucar, investigador del INAOE y Premio Nacional de Ciencias 2016; Rogelio Lozano, Director del CNRS en el CINVESTAV; Humberto Sossa Azuela, del CIC-IPN; Eduardo Morales Manzanares, del INAOE; Rafael Murrieta Cid, del CIMAT; Hugo Rodríguez Cortez, del CINVESTAV; J. Fermi Guerrero Castellanos, de la BUAP, José Luis Gordillo, del Tecnológico de Monterrey, Campus Monterrey, Bernardino Castillo Toledo, del Cinvestav-Guadalajara, y otros invitados más que están por confirmar.

El Taller está abierto a estudiantes, académicos, empresarios, industriales y público en general y se tendrá un cupo máximo de 300 asistentes. La cuota de inscripción para estudiantes es de 100 pesos y para el público en general 200 pesos. El INAOE apoyará con hospedaje gratuito a 82 estudiantes que provengan de otros estados de la república. Para mayor información se puede consultar la página http://ccc.inaoep.mx/~vcadw/
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Acerca del INAOE:

El Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica es un centro de investigación científica de prestigio internacional. Está ubicado en Santa María Tonantzintla, Puebla, y pertenece al Sistema de Centros Públicos de Investigación del CONACYT. Sus objetivos principales son realizar investigación de frontera en Astrofísica, Óptica, Electrónica y Ciencias Computacionales, formar recursos humanos de primer nivel en las citadas áreas, e identificar y resolver algunos de los problemas científicos y tecnológicos más importantes en el país y en el mundo. Para mayor información consultar www.inaoep.mx