Cílem této diplomové práce je využít technologii konvolučních neuronových sítí pro vývoj sytému, který dokáže automaticky sledovat objekt v prostoru. Projekt zahrnuje návrh a implementaci kamerového polohovacího zařízení se dvěma stupni volnosti, které jsou zajišťovány servo motory. Zařízení lze ovládat ve dvou režimech, a to ručně nebo automaticky. Komunikace probíhá přes standartní komunikační sběrnici Modbus, což umožňuje bezproblémovou integraci s nadřazeným systémem. V automatickém režimu je rotace kamerového systému řízena pomocí detekčního algoritmu YOLO ve verzi YOLOv5, který v několika po sobě jsoucích snímcích detekuje pohyb předem definovaného objektu.
Anotace v angličtině
The goal of this thesis is to utilize convolutional neural networks to develop a system capable of automatically tracking objects in space. The project encompasses the design and implementation of a camera positioning device equipped with two servo motors, providing two degrees of freedom. The device can be controlled manually or automatically. Communication occurs via a standard communication bus Modbus, facilitating seamless integration with the superior system. In automatic mode, the rotation of the camera system is governed by the YOLOv5 version of the YOLO detection algorithm. This algorithm detects the movement of a predetermined object across several consecutive frames.
Cílem této diplomové práce je využít technologii konvolučních neuronových sítí pro vývoj sytému, který dokáže automaticky sledovat objekt v prostoru. Projekt zahrnuje návrh a implementaci kamerového polohovacího zařízení se dvěma stupni volnosti, které jsou zajišťovány servo motory. Zařízení lze ovládat ve dvou režimech, a to ručně nebo automaticky. Komunikace probíhá přes standartní komunikační sběrnici Modbus, což umožňuje bezproblémovou integraci s nadřazeným systémem. V automatickém režimu je rotace kamerového systému řízena pomocí detekčního algoritmu YOLO ve verzi YOLOv5, který v několika po sobě jsoucích snímcích detekuje pohyb předem definovaného objektu.
Anotace v angličtině
The goal of this thesis is to utilize convolutional neural networks to develop a system capable of automatically tracking objects in space. The project encompasses the design and implementation of a camera positioning device equipped with two servo motors, providing two degrees of freedom. The device can be controlled manually or automatically. Communication occurs via a standard communication bus Modbus, facilitating seamless integration with the superior system. In automatic mode, the rotation of the camera system is governed by the YOLOv5 version of the YOLO detection algorithm. This algorithm detects the movement of a predetermined object across several consecutive frames.
Cílem práce je návrh a implementace systému pro automatické sledování objektu v prostoru založeného na technologii konvolučních sítí. Student v rámci práce vytvoří zařízení pro polohování kamerového systému s dvěma stupni volnosti k umožnění snímání a sledování objektu v jeho okolí. Polohovací zařízení bude možné ovládat nadřazeným systémem přes standardní komunikační sběrnici. Ovládání bude umožněno v manuálním i automatickém režimu. V automatickém režimu bude natočení kamerového systému řízené posunem definovaného objektu detekovaného v několika po sobě jdoucích snímcích. Detekční systém bude založen na technologii konvolučních sítí.
Teoretická část: Rešerše zadaného tématu, popis technického řešení konstrukce polohovací jednotky. Stručná rešerše existujících nástrojů pro detekci a lokalizaci objektů v obrazových datech založených na metodách umělé inteligence. Popis senzorové techniky pro sběr dat pro učení neuronové sítě.
Praktická část: Návrh a realizace systému pro automatické polohování. Sběr a analýza dat. Návrh a implementace softwarového nástroje pro řízení polohovací jednotky užívající vybrané paradigma umělých neuronových sítí. Testování a zhodnocení systému pomocí běžných metrik používaných pro hodnocení neuronových sítí. Technická dokumentace polohovací jednotky. Popis softwaru včetně testovacího scénáře demonstrujícího použití kompletního systému.
Zásady pro vypracování
Cílem práce je návrh a implementace systému pro automatické sledování objektu v prostoru založeného na technologii konvolučních sítí. Student v rámci práce vytvoří zařízení pro polohování kamerového systému s dvěma stupni volnosti k umožnění snímání a sledování objektu v jeho okolí. Polohovací zařízení bude možné ovládat nadřazeným systémem přes standardní komunikační sběrnici. Ovládání bude umožněno v manuálním i automatickém režimu. V automatickém režimu bude natočení kamerového systému řízené posunem definovaného objektu detekovaného v několika po sobě jdoucích snímcích. Detekční systém bude založen na technologii konvolučních sítí.
Teoretická část: Rešerše zadaného tématu, popis technického řešení konstrukce polohovací jednotky. Stručná rešerše existujících nástrojů pro detekci a lokalizaci objektů v obrazových datech založených na metodách umělé inteligence. Popis senzorové techniky pro sběr dat pro učení neuronové sítě.
Praktická část: Návrh a realizace systému pro automatické polohování. Sběr a analýza dat. Návrh a implementace softwarového nástroje pro řízení polohovací jednotky užívající vybrané paradigma umělých neuronových sítí. Testování a zhodnocení systému pomocí běžných metrik používaných pro hodnocení neuronových sítí. Technická dokumentace polohovací jednotky. Popis softwaru včetně testovacího scénáře demonstrujícího použití kompletního systému.
Seznam doporučené literatury
GOODFELLOW, Ian, Yoshua BENGIO a Aaron COURVILLE. Deep learning. Cambridge, Massachusetts: The MIT Press, [2016]. ISBN 978-02-620-3561-3.
GONZALEZ, Rafael C. a Richard E. WOODS. Digital image processing. Fourth edition. New York: Pearson, [2018]. ISBN 978-013-3356-724.
Diplomová práce je zaměřena na návrh a implementaci systému pro automatické sledování objektu v prostoru, využívající technologii konvolučních neuronových sítí. Jedním z nejvýznamnějších přínosů práce je její komplexnost a integrovaný přístup k dané problematice. Student dokázal propojit teorii a praxi vytvořit funkční systém, který je schopen pracovat s reálnými daty a který je navíc navržen tak, aby byl jednoduchý na další využití a rozvoj. Cíle diplomové práce byly splněny.