Ingeniería Electrónica
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Item Segmentación de cultivos de uva de mesa a partir de imágenes aéreas y satelitales usando algoritmos de aprendizaje profundo(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-10-29) Villarroel Segovia, Jamir Enrique; Flores Espinoza, Donato AndrésLa teledetección ha ayudado a mejorar la gestión y el riego de los cultivos en los últimos años. A través de esta técnica, se ha logrado identificar aquellos cultivos de interés y extraer información de estos para el diagnóstico de enfermedades, la predicción de rendimiento de lotes de cultivos, el mapeo de cultivos y en la planificación de actividades de exportación. La uva es uno de los productos de agroexportación más importantes de Perú, generando grandes ingresos y aumentando anualmente. Si bien, la identificación de cultivos empezó a realizarse a partir de encuestas agrarias, luego se desarrolló técnicas basadas en algoritmos de aprendizaje automático tales como Random Forest (RF), Support Vector Machine (SVM), Artificial Neural Networks (ANN) para identificar diversos tipos de cultivos, entre ellos la uva, a nivel mundial. Estas técnicas presentaban buenos resultados; no obstante, el uso de algoritmos de aprendizaje profundo basados en segmentación semántica se popularizó por obtener mejores resultados que los anteriores y se comenzaron a emplear en los últimos años para la identificación de muchos cultivos. En esta tesis, se planteó identificar de forma automatizada los cultivos de uva de mesa. Para ello, se realizó la comparación de las arquitecturas U-Net, SegNet y DeepLabV3+ que realizan técnicas de segmentación semántica. Cada red fue entrenada y evaluada utilizando dos conjuntos de datos conformados por imágenes aéreas y satelitales de las zonas de interés. Asimismo, se calcularon los índices NDVI y SAVI en cada imagen aérea y satelital del conjunto de datos de entrenamiento, validación y prueba. Posteriormente, se añadió a cada imagen ambas bandas calculadas como una sexta y séptima capa adicional, ya que las imágenes aéreas y satelitales del conjunto de datos formado solo presentan 5 bandas espectrales: rojo, verde, azul, infrarrojo cercano y borde rojo. Se realizó el proceso de etiquetado, gracias a la información brindada por la empresa Vitícola S.A.C, con ayuda del NDVI para separar aquellas imágenes que presentan cultivos de uva en una etapa fenológica tardía y temprana en cada conjunto de datos. Con el fin de incrementar la cantidad de datos de entrada a la red, se utilizó la técnica de extracción de parches aleatorios, y se aplicaron procesos de reflexión y rotación para el entrenamiento de las 3 redes mencionadas. Finalmente, se compararon los resultados de prueba de estos algoritmos de clasificación y se determinó que tanto en los conjuntos de datos de imágenes aéreas con una etapa fenológica temprana y tardía, las redes SegNet y DeeplabV3+ fueron las que obtuvieron mejor desempeño con una precisión global de 95.21% y una mIoU de 0.8280, y una precisión global de 93.40 % y una mIoU de 0.7555 respectivamente. Asimismo, la red DeepLabV3+ obtuvo mejor desempeño promedio en el conjunto de datos de imágenes satelitales con una precisión global de 93.84 % y un mIoU de 0.8389.Item Detección y conteo de bayas en cultivo de uva de mesa Thompson Seedless mediante procesamiento digital de imágenes(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-10-24) Perez Gutierrez, Angel de Jesus; Flores Espinoza, Donato AndrésActualmente en nuestro país, los productores de cultivo de uva de mesa tienen un acceso limitado de información sobre la cantidad de la cosecha en su campo. El proceso de conteo de uvas de mesa se realiza manualmente en la cosecha, cada temporada, para poder estimar la cantidad de embalaje necesario. Este procedimiento puede variar de año en año y puede demandar de varias semanas para zonas con grandes cantidades de hectáreas de cultivo de uva de mesa. Mientras que el enfoque podría funcionar bien para los campos de tamaño pequeño, se vuelve intratable económicamente para los campos más grandes debido a la naturaleza dependiente de trabajo de la obra. En esta tesis se empleará técnicas de procesamiento digital de imágenes para mejorar la precisión del conteo de uva de mesa en el campo y reducir abruptamente el tiempo de cosecha y pérdidas económicas del exceso de embalaje. En el primer capítulo se hace referencia al estado de la investigación con respecto al cultivo de uva de mesa en nuestro país y en el extranjero, así como la declaración de la problemática y objetivos planteados. El segundo capítulo se describe el estado del arte, la matemática empleada para la programación de dos métodos que se utilizan para el conteo de bayas con su respectivo análisis comparativo. En el tercer capítulo se desarrolla dos algoritmos que permita contar las bayas en el cultivo de uva de mesa Thompson Seedless, tomando muestras de bayas de diferentes tamaños. Finalmente, en el capítulo 4 se desarrolla el análisis correspondiente y las conclusiones comparando resultados.Item Diseño de un sistema medidor de irradiación UV-C para equipo de desinfección de mascarillas N95(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-10-02) Castillo Galarza, Julio Cesar; Flores Espinoza, Donato AndrésSe llevó a cabo en conjunto entre los miembros de la Pontifica Universidad Católica del Perú (PUCP) y la Universidad Peruana Cayetano Heredia (UPCH) el desarrollo de un equipo el cual busca apoyar al personal de salud desinfectando las mascarillas N95. Para el equipo, es necesario contar con un dispositivo que mida en cada desinfección el nivel de irradiación UV-C para garantizar la correcta desinfección de las mascarillas. Existen equipos comerciales; sin embargo, estos cuentan con una limitada cantidad de sensores y la extensión de los cables para las sondas no se adaptan al diseño del equipo; sumado a su alto costo y poca accesibilidad, debido a la dificultad en las importaciones provocada por la pandemia. El presente trabajo tiene como objetivo el diseño de un sistema medidor de irradiación UV-C de bajo costo con la cantidad de sensores y adaptación para el monitoreo adecuado de la dosis de irradiación UV-C del equipo. Para realizarlo, se comenzó describiendo las mascarillas N95 y sus métodos de desinfección junto con los estudios en los cuales se mide la intensidad de radiación UV-C. Luego, se describe la radiación ultravioleta en el espectro electromagnético. También, se estudian los dispositivos de medición UV-C junto con los métodos para poder medir la irradiación de lámparas UV-C. Con esta base se propone el diseño preliminar que constaría de ocho fotosensores distribuidos en cuatro puntos diferentes dentro del equipo de desinfección. El sistema cuenta con una etapa de acondicionamiento de la señal, luego una etapa de transmisión donde esta señal es convertida de voltaje a frecuencia y posterior recepción en el cual se cuentan los pulsos eléctricos para poder así obtener la irradiancia. Con la dosis de irradiancia de cada punto se indica al usuario si el equipo alcanzó la dosis requerida de desinfección; además, se encarga de almacenar la fecha, hora y dosis suministrada en cada punto para su posterior análisis. Finalmente, se realizan pruebas del sistema y se compara con mediciones realizadas por el ILT2400 UVBGI-NB, equipo comercial certificado desarrollado por International Light Technologies.Item Segmentación semántica de escenas urbanas de la provincia de Huamanga(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-09-10) Pasapera Huaman, Lui Gustavo; Flores Espinoza, Donato AndrésLa presente tesis se enfoca en la identificación y clasificación de objetos en escenas urbanas de la provincia de Huamanga, explorando un entorno diferente al de las ciudades desarrolladas y otras bases de datos existentes. Se estudiarán las escenas urbanas de Huamanga para segmentar imágenes en 7 clases de datos: personas, vehículos, motociclistas, edificios, veredas, pistas y otros, que incluyen detalles de cielo y cables de energía eléctrica. El enfoque principal de la tesis estará centrado en la visión por computadora, específicamente en la segmentación semántica para la clasificación de objetos. Para ello, se emplearán arquitecturas de aprendizaje profundo pre-entrenadas adaptadas a Deeplabv3+, y se utilizarán imágenes de la provincia de Huamanga como base de datos local. La investigación se inicia con un análisis del estado del arte, destacando la importancia de la clasificación de objetos en escenas urbanas y los beneficios del aprendizaje profundo en comparación con métodos tradicionales. Se enfatiza la necesidad de utilizar bases de datos locales sobre las existentes, así como la base teórica para la clasificación de imágenes locales utilizando Deeplabv3+ y redes de aprendizaje profundo mediante la transferencia de aprendizaje. Posteriormente, se describe el diseño, la recopilación y el enfoque de la base de datos locales en comparación con conjuntos de datos como Imagenet y CityScapes, utilizando la arquitectura Deeplabv3+ junto con redes de aprendizaje profundo en los datos locales. Finalmente, se presentan los resultados basados en el incremento del número de datos, analizando la precisión, el Índice de Jaccard (IoU) y el mBFScore tanto a nivel global como por clase, junto con un análisis comparativo con la base de datos Cityscapes. Se proporcionan tablas sumarias que verifican los resultados de cada red de aprendizaje profundo y se propone hardware para dispositivos capaces de ejecutar tareas de segmentación semántica.Item Diseño e implementación de un sistema portátil para el registro de información agrícola geolocalizada de campos de cultivo(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-05-13) Humbo Ayala, Rolando Rafael; Flores Espinoza, Donato AndrésLa tesis desarrollada en este documento está compuesta por la elaboración de un sistema de registro de datos geolocalizados de cultivo que gestiona cada dato recibido de 5 sensores ubicados en un equipo independiente, este sistema fue probado usando como muestra el registro de 4 hectáreas de mandarina; además, tiene una visión empresarial a futuro, ya que, se podría generar un producto comercial que ayude a agricultores, técnicos o ingenieros interesados. Este sistema consta de 3 partes, la primera es el equipo que se encarga de almacenar la información generada por 5 sensores, ordena los datos en una trama de datos y usando una antena emisora, envía la trama de datos al segundo dispositivo por radiofrecuencia; el segundo dispositivo se encarga de recibir esta información, gestiona la información y lo envía hacia el equipo de teléfono móvil. La tercera parte es un programa instalado en el teléfono móvil con sistema operativo Android, este programa obtiene la información de la trama de datos recibidos desde la antena receptora, gestiona la información que el usuario ingresa y el valor de las coordenadas de ubicación que obtiene del equipo móvil, para finalmente crear un archivo que contiene toda la información ingresada, que es fácil de transferir por internet y diseñado para que los programas de mapas puedan leer su información; posteriormente este archivo permitirá el análisis de todos los datos registrados por los sensores y serán datos que estarán geolocalizados. Los resultados que se obtuvieron al comprobar el funcionamiento del equipo fueron los esperados, se pudo registrar los datos de los sensores, se guardó la información de cada punto evaluado y finalmente se obtuvo un archivo que contenía todos los datos registrados y que se pudieron visualizar en Google Earth y en GPS Visualizer. En el primer capítulo se expondrá la problemática y los objetivos de la tesis, en el segundo capítulo se desarrollará el estado del arte, las tecnologías que actualmente están presentes para la solución del mismo problema planteado, desde los registradores de datos actuales y los equipos que manejen sensores; finalmente se expondrá el marco teórico de lo desarrollado. En el tercer capítulo se expondrá, de manera teórica, el diseño propuesto y se describirá a detalle la implementación de los equipos. Finalmente, en el cuarto capítulo se mostrará el resultado del sistema sometido a la prueba de su funcionamiento en campo, se generarán archivos de información y se verá su correcto funcionamiento en los programas de mapas.Item Mejora del sistema de comunicación mediante el uso de una antena microstrip aplicado a los sistemas aéreos no tripulados(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-12-13) Gálvez Sánchez, José Augusto; Flores Espinoza, Donato Andrés; Yarlequé Medina, Manuel AugustoEl presente proyecto de tesis consiste en el desarrollo de un sistema de comunicación mediante el uso de una antena microstrip en los sistemas aéreos no tripulados. En el primer capítulo trata sobre la situación actual de los vehículos aéreos no tripulados (UAV) y sus aplicaciones. Además, se presentarán la justificación y las tecnologías existentes de los sistemas de comunicaciones y telemetría que son importantes para la comprensión del presente trabajo. En el segundo capítulo se describe teóricamente las partes del sistema de comunicación y los conceptos necesarios para entender el diseño del presente sistema enfocado en la antena a usar. En el tercer capítulo se describe el diseño del sistema completo de comunicación a partir de diagramas de bloques, elección de componentes y se muestra la forma y los métodos a partir de los cuales se obtiene el diseño funcional de la antena. Haciendo uso de software de simulación CST Studio se realiza la comprobación de los resultados teóricos de los dispositivos. Por último, se detalla el método usado en el presente proyecto para la fabricación de este tipo de antenas. En el último capítulo se caracteriza la antena a través de la medición del parámetro que la define; en este proyecto se realiza la medición del coeficiente de reflexión (parámetro S11), a su vez que se hace el correspondiente análisis en comparación con los resultados obtenidos mediante simulación en el capítulo 3. También se muestra las pruebas y los resultados obtenidos por el UAV con el sistema de comunicación integrado tanto en tierra como en aire. Por último, se muestran las conclusiones del análisis de los resultados obtenidos y recomendaciones a seguir.Item Levantamiento topográfico de alta precisión utilizando tecnología de vehículos aéreos no tripulados para fines de instalación de un sistema de riego tecnificado(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-10-28) Urbizagástegui Tena, Rodrigo Alonso; Flores Espinoza, Donato AndrésEl objetivo de la presente tesis es realizar el levantamiento topográfico para la instalación de un sistema de riego tecnificado usando aeronaves no tripuladas. El procedimiento, que generará modelamientos del terreno, será registrado en este documento. Los modelamientos del terreno se obtendrán a partir de datos obtenidos por un vehículo aéreo no tripulado, los cuales deberán ser procesados y georreferenciados. A continuación, se describe cada capítulo. En el Capítulo 1, se presentará la problemática actual en la obtención de datos del terreno con topografía tradicional, también los problemas debido al movimiento de los vehículos aéreos no tripulados al momento de capturar las imágenes aéreas. Se señala el objetivo general de la tesis, así como los objetivos específicos y la justificación de la realización del presente tema. En el Capítulo 2, se dará a conocer conceptos básicos de topografía, conceptos de fotogrametría e información sobre los vehículos aéreos no tripulados. Luego, se presentarán los equipos utilizados en el proyecto: vehículos aéreos no tripulados y equipos de topografía GPS. En el Capítulo 3, se explicará la estrategia adoptada para dar solución al levantamiento topográfico, que es la motivación de la presente tesis, se describirá la metodología de trabajo desde la planificación de los vuelos hasta el momento en que se extraen los datos del vehículo aéreo no tripulado. Además de las mediciones necesarias como puntos de apoyo para la georreferenciación. En el Capítulo 4, se presentará el procesamiento de la información obtenida por los vehículos aéreos no tripulados. Se explicará las características del procesamiento de la información para obtener los modelamientos del terreno entregados. Además del control que se realizó para verificar la fiabilidad del sistema y el uso de la información para el diseño de la instalación del sistema de riego tecnificado.Item Diseño de un sistema de evasión de obstáculos para una aeronave no tripulada usando visión estereoscópica(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2015-08-08) Layme Huaquisto, Álvaro Guido; Benavides Aspiazu, Jorge; Flores Espinoza, Donato AndrésEn los últimos años, la utilización de unidades aéreas no tripuladas se ha incrementado enormemente debido a la gran cantidad de usos que se les puede dar. El uso de aeronaves autónomas es importante, por ejemplo, para la agricultura, arqueología, seguridad ciudadana, construcciones a gran escala y minería. Para garantizar que el vuelo autónomo de la aeronave se realice sin problemas es necesario que cuente con los medios necesarios para detectar los objetos que se encuentran en su plan de vuelo y evitar una posible colisión. Las aeronaves no tripuladas pueden ser utilizadas en distintos rubros por lo que es necesario proveer la tecnología necesaria para adaptarse a las funciones requeridas.Item Diseño e implementación de un algoritmo para el registro de imágenes aéreas ortorectificadas aplicado en la supervisión agrícola(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2015-07-08) Meza Zurita, Fernando Javier; Flores Espinoza, Donato AndrésLa presente tesis muestra el diseño e implementación de un sistema de registro de imágenes aéreas orientado a la agricultura de precisión. Este sistema cuenta con la particularidad que las imágenes pasarán por un pre procesamiento de corrección geométrica para mejorar la calidad del registro. Este sistema permitirá la generación de panoramas globales de los campos de cultivo con la finalidad de obtener información correctamente localizada del campo analizado. El documento está dividido en 4 capítulos y su estructura es de la siguiente manera: En el capítulo 1, se analiza la problemática de la agricultura de precisión y el sensado remoto, así como también se expone la aplicación y la problemática del uso de aeromodelos e imágenes aéreas en la agricultura de precisión. En el capítulo 2, se exponen los temas de registro y ortorectificación de imágenes como solución cuando se trabaja con imágenes aéreas orientado a la agricultura de precisión En el capítulo 3, se explican los objetivos de este proyecto y se desarrolla detalladamente el sistema diseñado. Se definen las características particulares del vuelo para la obtención de las imágenes aéreas, a partir de estas características se realiza la selección de algoritmos y se desarrolla el modelo propuesto y una explicación detallada de los pasos y algoritmos usados en este proceso. Finalmente, en el capítulo 4, se muestra la evaluación del sistema propuesto, el cual estará dividido en dos partes, en una primera instancia se evaluará únicamente la generación de mosaicos a partir de un banco de imágenes que se tendrá de referencia y posteriormente se evaluará todo el sistema completo utilizando imágenes aéreas reales adquiridas en la PUCPItem Evaluación de algoritmos de registro de imágenes para la generación de mosaicos aplicados a imágenes aéreas(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2015-05-30) Martínez Auqui, Edwin Wilfredo; Flores Espinoza, Donato AndrésEn la presente tesis se realizó la elaboración de un programa de registro de imágenes, la cual hace uso de fotografías obtenidas desde un vehículo aéreo no tripulado (en este caso un hexacóptero), las imágenes son capturadas con dos tipos de lente que nos dan información de la imagen en espectro infrarrojo cercano y rojo visible, estas imágenes son parte de un gran área de cultivo y mediante una ráfaga continua y secuencial de capturas que poseen área en común, se intenta abarcar toda la superficie de interés, con el desarrollo de esta aplicación se busca realizar el mosaico de imágenes aéreas de campos de cultivo. El proyecto también abarca el uso de diferentes algoritmos de registro de imágenes los cuales serán comparados para observar sus características resultantes, tales como: robustez y velocidad de procesamiento. El resultado final nos facilitará información espacial que será crucial en la toma de decisiones y posterior ejecución de acciones para el mejoramiento del campo de cultivo. En el primer capítulo se dan alcances generales de la problemática así como una explicación de lo que supone la obtención de un mosaico de imágenes aéreas. En el segundo capítulo se detalla acerca de las tecnologías actuales para el registro de imágenes, así como un breve repaso de algunos conceptos que nos permitan encaminarnos en la solución del problema. En el tercer capítulo se expone una breve explicación de los algoritmos a usar en la comparativa propuesta para el registro de imágenes. Finalmente en el capítulo cuatro se realizan pruebas de rendimiento entre los algoritmos propuestos, además de mostrar los resultados de los mosaicos obtenidos.