Ampliação da Resolução de Sensores LiDAR Utilizando Redes Neurais Artificiais

dc.contributor.advisor1Cardoso, Alisson Assis
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/8216536516894987
dc.contributor.referee1Corrêa, Henrique Pires
dc.contributor.referee2Oliveira, Bruno Quirino de
dc.contributor.referee3Ferreira, Mateus de Paula
dc.creatorSantos, Marlon Franco
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/8947252280529155
dc.date.accessioned2025-10-13T13:33:35Z
dc.date.available2025-10-13T13:33:35Z
dc.date.issued2025-09-12
dc.description.abstractEnvironment perception with adequate resolution is essential for the safe navigation of autonomous robots. The LiDAR sensor is frequently used for precise distance measurements; however, the number of points in its scan is limited by its hardware design, which can compromise obstacle detection and mapping. This work addresses the problem of low point density in 2D LiDAR sensor, developing and evaluating low-complexity Artificial Neural Networks for resolution upsampling. The main objective is to double the angular resolution of a LiDAR sensor’s scan, with data acquired in a simulated environment using the Gazebo simulator and the TurtleBot3 robot. The measurements were preprocessed and split to train two architectures: a Multilayer Perceptron, using a windowing technique, and a One-Dimensional Convolutional Neural Network. The models were trained on a subset of data, simulating a lower-resolution sensor, with quantitative evaluation performed through the analysis of the Cumulative Distribution Function and the Kolmogorov-Smirnov statistical test. For the qualitative evaluation, a visual analysis of the reconstructed signal was conducted by plotting the results in polar coordinates. The results demonstrated that both models learned the spatial patters and were capable of reconstructing the missing measurements while maintaining the statistical characteristics of the original data. The Multilayer Perceptron architecture showed slightly superior performance compared to the One-Dimensional Convolutional Neural Network, with more stable training losses and less differences in the Cumulative Distribution Function analysis. We concluded that the use of low-complexity Artificial Neural Networks is a viable and effective approach for upsampling 2D LiDAR sensor data, offering a new method to enhance the perception of mobile robots with limited resources.eng
dc.description.resumoA percepção do ambiente com resolução adequada é necessária para a segurança na navegação de robôs autônomos. O sensor LiDAR é frequentemente utilizado para a medição de distâncias com precisão, no entanto a quantidade de pontos das medições são limitadas pela sua construção, o que pode comprometer a detecção de obstáculos e o mapeamento. Este trabalho aborda o problema da baixa densidade de pontos em sensores LiDAR 2D, com o desenvolvimento e avaliação de Redes Neurais Artificiais de baixa complexidade computacional para a ampliação da resolução. O objetivo principal é dobrar a resolução angular das varreduras de um sensor LiDAR, com a aquisição de dados em ambiente simulado com o simulador Gazebo e o robô TurtleBot3. As medições foram pré-processadas e divididas para o treinamento de duas arquiteturas: uma rede Perceptron Multicamadas, utilizando a técnica de janelamento, e uma Rede Neural Convolucional Unidimensional. Os modelos foram treinados com um subconjunto de dados, simulando um sensor com menor resolução, com avaliação quantitativa por meio da análise da função de distribuição acumulada e do teste estatístico de Kolmogorov-Smirnov. Para a avaliação quantitativa, foi realizada análise visual do sinal reconstruído após utilização dos modelos desenhado em coordenadas polares. Os resultados demonstraram que ambos os modelos aprenderam os padrões espaciais e foram capazes de reconstruir as medições ausentes, mantendo as características estatísticas dos dados originais. A arquitetura Perceptron Multicamadas apresentou um desempenho ligeiramente superior à Rede Neural Convolucional Unidimensional, com perdas de treinamento mais estáveis e menor divergência na análise da Função de Distribuição Acumulada. Concluímos que o uso de Redes Neurais Artificiais de baixa complexidade computacional é viável e eficaz para o aumento da resolução de medições obtidas por varredura de sensor LiDAR 2D, trazendo uma abordagem para aprimorar a percepção de robôs móveis com recursos limitados.
dc.identifier.citationSANTOS, M. F. Ampliação da Resolução de Sensores LiDAR Utilizando Redes Neurais Artificiais. 2025. 57 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica e de Computação) - Escola de Engenharia Elétrica, Mecânica e de Computação, Universidade Federal de Goiás, Goiânia, 2025.
dc.identifier.urihttps://repositorio.bc.ufg.br/tede/handle/tede/14784
dc.languagePortuguêspor
dc.publisherUniversidade Federal de Goiáspor
dc.publisher.countryBrasilpor
dc.publisher.departmentEscola de Engenharia Elétrica, Mecânica e de Computação - EMC (RMG)
dc.publisher.initialsUFGpor
dc.publisher.programPrograma de Pós-graduação em Engenharia Elétrica e da Computação (EMC)
dc.rightsAcesso Aberto
dc.subjectRnaspor
dc.subjectSuper-resoluçãopor
dc.subjectLidarpor
dc.subjectUpsamplingpor
dc.subjectANNeng
dc.subjectUpsamplingeng
dc.subjectLidareng
dc.subjectSuper-resolutioneng
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO::TEORIA DA COMPUTACAO
dc.titleAmpliação da Resolução de Sensores LiDAR Utilizando Redes Neurais Artificiais
dc.title.alternativeUpsampling LiDAR Sensor Resolution Using Artificial Neural Networkseng
dc.typeDissertação

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