Defensa de Tesis Doctoral de María Ballesta García

Lectura Tesis Doctoral de María Ballesta García: "Propagation of polarized light through turbid media: Application of lidar technology in foggy environments" con Mención Internacional, el viernes 7 de junio a las 10:00h en el Auditorio Joan Salvadó del Centro Universitario de la Visión.

Dirigida por el Dr. Santiago Royo Royo y realizada en el Programa de Doctorado en Ingeniería Óptica del Departamento de Óptica y Optometría, de la UPC.

Resumen de la tesis:

En los últimos tiempos, ha habido un interés creciente en los sistemas de imagen LiDAR para aplicaciones exteriores que implican visión por ordenador, como sistemas de automoción, vigilancia y robótica. Los sensores LiDAR tienen la capacidad de capturar datos en 3D, es decir, la geometría (volumen, distancias) de las escenas implicadas, complementando las proyecciones 2D de escenas disponibles en las cámaras convencionales. Sin embargo, su limitada tolerancia a condiciones meteorológicas adversas, especialmente a la niebla, se mantiene como uno de los obstáculos que dificultan su consolidación definitiva. Esta Tesis tiene como objetivo evaluar el potencial de utilizar las propiedades de polarización de la luz y la digitalización de la señal para mejorar las capacidades de imagen de los sistemas LiDAR en condiciones adversas. Además, nuestra investigación ofrece aportaciones valiosas en el dominio de la imagen a través de la niebla. Entender la interacción de la luz polarizada con los medios turbios y reconocer la importancia de las propiedades polarimétricas de los objetos dentro de la escena de la imagen es esencial para optimizar el rendimiento de los sistemas de imagen polarimétrica. Para lograr nuestro objetivo, se realiza una investigación preliminar para examinar las características de la imagen polarimétrica a través de la niebla. Nuestros resultados indican que los modos de imagen polarimétricos proporcionan un contraste más elevado en comparación con los modos de imagen basados en la intensidad, facilitando la identificación y la segmentación de diferentes tipos de objetos. Además, se realiza una caracterización experimental del comportamiento de despolarización de la luz a través de la niebla tanto para los modos de imagen de reflexión como de transmisión. Los resultados sugieren que, en este escenario, el comportamiento de la luz se encuentra dentro de un régimen de dispersión que tiene en cuenta el efecto memoria de polarización, con una despolarización significativamente reducida en haces polarizados circularmente en comparación con los polarizados linealmente. Desde nuestro conocimiento, esta Tesis cuantifica por primera vez las diferencias entre el rendimiento de ambos modos de polarización en niebla. A continuación, se desarrolla un modelo basado en Monte Carlo que cumple los requisitos físicos de funcionamiento de nuestro prototipo LiDAR. Teniendo en cuenta la naturaleza intensiva de recursos necesarios para realizar experimentos en condiciones de niebla y la naturaleza variable y dinámica de la niebla, la capacidad del modelo de simular con precisión la física del problema, incluido un entorno de niebla realista, ayuda a guiar la definición de futuras acciones experimentales. Posteriormente, el modelo se utiliza para simular y analizar diversos aspectos relevantes para el diseño del sistema, incluidas las configuraciones de polarización, las interacciones con los objetivos y las irregularidades en los medios (en la práctica, generalizando los medios de dispersión más allá de la niebla a, por ejemplo, arena o humo), junto con las características de la señal adquirida. Finalmente, esta Tesis presenta un nuevo prototipo de sistema de imagen LiDAR polarizado y evalúa su rendimiento en condiciones de niebla. Muestra de manera concluyente que el uso de luz polarizada circularmente y una configuración de detección cruzada mejora significativamente el rendimiento del sistema en estos escenarios. Este sistema aborda con eficacia los retos inducidos por la luz dispersa, reduciendo los efectos de probabilidad de saturación de la primera retrodispersión, mitigando el ruido de dispersión en nubes de puntos y mejorando la detección de objetos, especialmente para superficies altamente reflectantes como en los objetos metálicos. Este enfoque ofrece un método innovador, sencillo y eficiente para la estabilización de la señal y la mejora de la calidad de la nube de puntos basándose en la física del problema.

Tribunal:

• PRESIDENTE: ARTEAGA BARRIEL, ORIOL
• SECRETARIA: VILASECA RICART, MERITXELL
• VOCAL: BIJELIC, MARIO