DESCRIZIONE GENERALE
Il Laboratorio è attivo nei settori della Realtà Virtuale e della Visione Artificiale con lo scopo di investigarne e sperimentarne le tecniche e di promuoverne l'impiego in applicazioni aeronautiche, aerospaziali e in altri settori di rilevanza industriale e sociale (monitoraggio ambientale e sicurezza). A tale fine si offrono competenze e strumenti per condurre ricerche, realizzazioni prototipali ed esperienze di valutazione applicativa nelle seguenti aree di competenza:
• Realtà Virtuale e “arricchita” (Augmented Reality) su tematiche applicative di manutenzione, assemblaggio, ergonomia per progettazione, addestramento e supporto al prodotto;
• Sistemi di visione per teleoperabilità (pianificazione missione e pilotaggio a distanza di velivoli UAV);
• Analisi e interpretazione di immagini e video per il supporto vision-based all’esecuzione di funzioni in autonomia.
TEMATICHE PRINCIPALI
Realtà Virtuale e Augmented Reality
Impiego sinergico delle capacità del Laboratorio allo scopo di mettere a punto tecniche avanzate e innovative di Virtual & Augmented Reality (V&AR) orientate a simulatori immersivi nell’ambito della manutenzione aeronautica, per verifiche di manutenibilità, addestramento e supporto alla manutenzione. L’accento viene posto sull’aumento della fruibilità degli ambienti virtuali, e, parallelamente, sui diversi aspetti del realismo con cui si riproduce verosimilmente un’esperienza reale: quello grafico e comportamentale dell’ambiente simulato, e quello dell’interazione in prima persona da parte dell’uomo. Il Laboratorio ha sviluppato una serie di tecnologie avanzate che puntano a migliorare la fruibilità e il realismo di applicazioni di realtà virtuale per renderle candidate all’integrazione nei processi di progettazione e product support industriali, ivi compresa la stretta integrazione con il sistema CAD CATIA che ne facilità la realizzazione di applicazioni pilota e il successivo deployment presso le aziende committenti.
In Augmented Reality (realtà “arricchita”) il Laboratorio mette a punto sistemi capaci di combinare il reale con il virtuale attraverso lo sviluppo di algoritmica avanzata di markerless vision-based pose estimation (contestualizzazione reale-virtuale 2D/3D senza necessità di pre-marcare la scena).
Sistemi di visione per teleoperabilità
Studio, messa a punto e sperimentazione di sistemi di visione di supporto al controllo ed al pilotaggio remoto di velivoli unmanned (UAV), con l’obiettivo del miglioramento della Situational Awareness di pilota o operatore dalla Ground Control Station. Le tematiche trattate includono:
• Remote Vision: acquisizione video a bordo, codifica, trasmissione, decodifica e visualizzazione a terra a bassissima latenza per il pilotaggio manuale da terra di UAV;
• Glass Cockpit: strumentazione digitale avionica per piattaforme UAV con HUD integrato con le funzioni di Remote Vision;
• Augmented Vision: tecniche di Sensor Fusion (AHRS, GPS, termo-camera, radar) e di Computer Vision per la realizzazione di sistemi di visione remota “arricchita” tramite l’elaborazione e la trasposizione visuale delle informazioni multisensoriali disponibili (posizione di target o ostacoli, visione termica, etc.);
• Synthetic Vision: sviluppo di sistemi di pianificazione e gestione di missione integrati con sistemi GIS 3D foto-realistici, per la Visual Simulation (off-line) e/o monitoraggio (on-line) delle missioni di volo autonomo delle moderne piattaforme UAV.
Analisi e Interpretazione di Immagine - Visione artificiale
Sviluppo di algoritmi e sistemi per l’applicazione in settori emergenti, come la navigazione automatica ed il monitoraggio ambientale. Tale attività si completa con il design, la realizzazione ed il test di applicazioni prototipali completamente funzionanti (TRL 5-6). Tra le tematiche trattate:
• Multisensor – multitemporal data fusion:
a. metodologie ed algoritmi di calibrazione congiunta di sistemi multisensore di acquisizione dati, composti da sensori elettro-ottici, sensori di posizione GPS e sensori inerziali di orientamento, da implementare in piattaforme multisensoriali per la navigazione o il monitoraggio;
b. integrazione coordinata di dati eterogenei ed immagini acquisite da sensori e database geografici per la generazione di livelli informativi geo-referenziati per monitoraggio e controllo remoto.
• Target identification & tracking: definizione di tecniche di identificazione automatica ed inseguimento di obiettivi mobili (target) attraverso sistemi di acquisizione sia fissi che mobili;
• 3D modeling: modellizzazione tridimensionale di oggetti da viste multiple per l’interpretazione delle immagini ed il supporto alla decisione in contesti di navigazione automatica o di monitoraggio ambientale.
CAPACITÀ & COMPETENZE PRIMARIE
• Realtà Virtuale e Augmented Reality
• Imaging mono e multi-sensore (elettro-ottico e termico): dimensionamento, calibrazione e sensor fusion
• Codifica di video e immagini anche multispettrali
• Machine learning per applicazioni vision-based
• Elaborazione da viste multiple, modellazione 3D e pose estimation
• Sviluppo di applicazioni real-time distribuite di visione e visualizzazione 3D in C++ e Java.
• Impiego di librerie e strumenti software di rapid prototyping per i sistemi di visione (Intel OpenCV, Intel IPP, HALCON)
• Integrazione con ambienti di visual simulation per applicazioni aeronautiche (FSX) e GIS 3D (Google Earth)
• Strumenti di sviluppo per Glass Cockpit
STRUMENTI
• Sistema di proiezione stereoscopica a due schermi disposti a “L”, HMD stereoscopici, monitor auto-stereoscopico;
• Wearable computer + visore monoscopico head-mounted see-through con telecamera per Augmented Reality;
• Dispositivi di interfacciamento per Realtà Virtuale: tracker e guanti wireless con add-on vibro-tattile, CyberGrasp;
• Sistema software di Realtà Virtuale ViRstperson sviluppato in Laboratorio: visualizzazione stereo multi-channel in cluster, simulazione fisicamente credibile del comportamento degli oggetti, interazione aptica;
• Plug-in nel CAD CATIA + Deep Exploration CAD Edition per l’importazione di dati CAD in Realtà Virtuale;
• Videocamere, sistemi di acquisizione video, sensori AHRS, pan-tilt unit;
• Software di rapid-prototyping per lo sviluppo di applicazioni di visione artificiale (HALCON);
SERVIZI EROGABILI
• Ricerca, sviluppo e valutazione di tecniche e applicazioni di Realtà Virtuale e Augmented Reality (ingegneria di progettazione, addestramento, assistenza al prodotto).
• Realizzazione di applicazioni pilota per l’industria e supporto al deployment nel ciclo di progettazione, fabbricazione e supporto del committente.
• Ricerca, sviluppo e protototipazione di sistemi di visione artificiale per il monitoraggio ambientale e la navigazione automatica;
• Integrazione e customizzazione di sistemi Glass Cockpit per UAV;
• Sviluppo ed integrazione di sistemi per la pianificazione, la simulazione ed il controllo di missione di piattaforma UAV in ambienti grafici tridimensionali geo-tipici o fotorealistici.
ALCUNE APPLICAZIONI
• Simulatore in Realtà Virtuale per operazioni di manutenzione orientato a applicazioni di design-for-maintainability e addestramento alla manutenzione con approccio all’interazione in prima persona
• Manuali elettronici basati su markerless Augmented Reality per assistenza sul campo alla manutenzione
• Interfacce uomo-macchina vision-based per la Realtà Virtuale
• Remote & Augmented Vision per la navigazione UAV
• Strumentazione Digitale e HUD per ground segment UAV
• Pianificazione, Simulazione Visuale e Synthetic Vision per piattaforma UAV
• Vision-based target detection and tracking per la sorveglianza delle coste
• Geo-referenziamento, mosaicing e integrazione GIS di immagini aeree per applicazioni di monitoraggio ambientale e controllo remoto
PROGETTI IN CORSO
• ARIS (Augmented Reality to Increase Safety) – Fin. MIUR Bando FAR - Sviluppo di algoritmica e relative prototipi per la valutazione dell’impiego di tecniche avanzate di ICT (Realtà Virtuale, Augmented Reality e Knowledge Management) per l’addestramento e il product support nella manutenzione aeronautica.
• TecVol (Tecnologie del Volo Autonomo) – Fin. PRORA - Messa a punto e sperimentazione di un sistema di Remote, Augmented & Synthetic Vision per il pilotaggio e il controllo a distanza di un velivolo unmanned e realizzazione del Glass Cockpit della stazione di terra.
• HAPD (High-Altitude Platform Demonstrator) – Fin. PRORA - Contributo di Glass Cockpit e di Remote, Augmented & Synthetic Vision per il pilotaggio e il controllo a distanza del prototipo di velivolo unmanned di alta quota avanzato realizzato al CIRA.
• LIMES (Land/Sea Integrated Monitoring for European Security) – Fin. EU FP6-2005-Space-1/GMES Security - Realizzazione di un sistema di visione stereoscopica a distanza e sviluppo di algoritmi di identificazione di natanti non cooperanti in immagini satellitari e aeree nell’ambito degli In Situ/Earth Observation Integrated Products.
CUSTOMER & PARTNERS
• Università di Bologna, Seconda Facoltà di Ingegneria, sede di Forlì.
• Università di Salerno, Facoltà di Scienze, Dipartimento di Matematica e Informatica.
• Seconda Università di Napoli (Caserta), Dipartimento di Psicologia.
• Università di Napoli “Federico II”, Facoltà di Ingegneria, Dipartimento di Ingegneria Elettronica e delle Telecomunicazioni.
• Università di Napoli “Federico II”, Facoltà di Ingegneria, Dipartimento di Progettazione e Gestione Industriale
• Piaggio Aero Industries
• Magnaghi Aeronautica
• SELEX Sistemi Integrati
Contatto
Paolo Leoncini
Tel. +39 0823 623134
email: p.leoncini@cira.it
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