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TESIS

Anabel Rodriguez Rodriguez

CIO

La presente investigación resuelve el problema de acomodo de patrones de corte en materiales finitos utilizando técnicas de Visión e Inteligencia Artificial y Algoritmos Genéticos (AGs).
 
Se implementó un algoritmo que permite seleccionar las imágenes del material y los patrones de corte y procesarlas digitalmente para realizar el acomodo. Posteriormente se diseñó una estructura cromosómica para codificar la información genética, en la que se realiza una combinación de todos los patrones que intervienen en el acomodo. El cromosoma es de tamaño variable ya que contiene un bit de colocación para cada patrón y de éste depende la cantidad de patrones que intervienen en el acomodo. Se genera aleatoriamente la población inicial y se evalúa a cada individuo mediante la función objetivo.
 
La función objetivo o de aptitud contiene la información necesaria para minimizar el desperdicio en el material teniendo en cuenta que no hayan patrones ni píxeles traslapados y que no estén fuera del área válida de acomodo, además que contenga la mayor cantidad de patrones, lo que permite maximizar el área ocupada en el material de acomodo. Cada generación evoluciona aplicando los operadores de selección, cruzamiento y mutación. Cada individuo es evaluado por la función de aptitud y se compara el mejor de cada generación con el de la anterior para encontrar la mejor solución que tenga el menor desperdicio y la mayor cantidad de patrones acomodados.
 
Al término de las iteraciones se realiza un proceso de reparación del mejor cromosoma con el propósito de corregir si queda algún patrón traslapado o fuera del área de acomodo y se muestra esta solución.
 
El algoritmo implementado fue sometido a pruebas con imágenes hechas digitalmente y con muestras de pieles reales que son utilizadas actualmente en el proceso de acomodo en las industrias, obteniendo resultados satisfactorios en comparación con otras investigaciones. Este trabajo se puede aplicar en cualquier industria que requiera del proceso de acomodo ya que puede adaptarse a cualquier tipo de material.

MAESTRÍA

Resolución del problema de acomodo de patrones de corte en materiales finitos mediante técnicas de Visión e Inteligencia Artificial y AGs

IA para la industria

Categoría:

Francisco Javier Cuevas de la Rosa (asesor principal)

Director tesis

Guillermo Fernandez Estrella

CIMAT

El incremento en el número de vehículos que existen en las principales ciudades, repercute en los largos periodo de espera que ocurren en las intersecciones de tráfico. Mientras más tiempo de espera tienen estos vehículos, se genera mayor congestión vehícular, y produce elevados índices de contaminación. Existen cierto tipo de vehículos, a los que denominamos vehículos de prioridad (ambulancias, carros patrulla, camiones de bomberos entre otros), cuyo tiempo de espera debe reducirse para evitar posibles eventos que tengan consecuencias fatales. Esta tesis se denomina “Control de tráfico urbano para vehículos de prioridad”, cuyo principal objetivo consiste en priorizar el flujo de los vehículos de prioridad en una intersección. Como hipótesis, se conjetura que a través del uso de estrategias de control inteligente se logrará minimizar el tiempo de espera de los vehículos de prioridad en una intersección. La metodología propuesta para alcanzar los objetivos de la tesis, incluye el diseño e implementación de un simulador de tráfico urbano, tomando como base la arquitectura propuesta por [Trejo, 2006]. La arquitectura que se propondrá cueta con un módulo de control inteligente, el cual elegirá, de acuerdo al entorno en la intersección, la mejor política para un vehículo de prioridad cuando este se encuentre en tránsito. El proyecto se desarrollará mediante la simulación por eventos discretos, los cuales permiten identificar cambios en el estado del sistema; por ejemplo los cambios de luz en un semáforo, el movimiento de todos los vehículos de una intersección hasta la congestión existente en una calle, entre otros. Conforme se vayan obteniendo resultados parciales, se pretende hacer extensiva la invitación a otros investigadores del consorcio, para definir un proyecto más integral, que incluya la sincronización de semárofos para dar preferencia a los vehículos de prioridad. 
 
Referencias
[Trejo, 2006] Control de tráfico urbano basado en sistemas multiagentes. Tesis de maestría. Centro de Investigación y Estudios Avanzados del IPN, CINVESTA

LICENCIATURA

Control de tráfico urbano para vehículos de prioridad

Movilidad

Categoría:

Joel Antonio Trejo Sánchez (asesor principal); Mario Moreno Sabido (co-asesor)

Director tesis

Heikel Yervilla Herrera

CIMAT

In this thesis, a complex robotic system is contemplated, namely, a mobile manipulator robot that includes visibility constraints in the planning requirements. Relevant concepts for complex robotic systems such as detachability and time dominance are introduced. Furthermore, we study some properties of several local planners for nonholonomic dynamical systems to achieve asymptotic global optimality through the sampling-based planner RRT*. A concise summary of the conditions found in the literature for the RRT* to asymptotically converge is presented; along with further formal results about local planners such as the finding that the topological property is not a necessary condition in the current context. Besides, an experimental set-up is used to evaluate the performance of the local planners in terms of resulting trajectory cost and time of convergence. Experiments in a physical mobile manipulator robot, equipped with a camera in the arm’s end-effector, are shown, which validate the proposed theoretical modeling. 
 
Two aspects of motion planning for object reconstruction are investigated.

First, the effects of using a sampling-based optimal motion planning technique to move a mobile manipulator robot during the reconstruction process, in terms of several performance criteria, are studied. Based on those criteria, the results of the reconstruction task using rapidly exploring random tree (RRT) approaches are compared, more specifically RRT* smart versus RRT* versus standard RRT. Second, the problem of defining a convenient stopping probabilistic test to terminate the reconstruction process is addressed. Based on our results, it is concluded that the use of an RRT* improves the measured performance criteria compared with a standard RRT. The simulation experiments show that the proposed stopping test is adequate. It stops the reconstruction process when all the portions of the object that are possible to be seen have been covered with the field of view of the sensor.
 
We propose a Bayesian probabilistic stopping test for 3-D object reconstruction with a mobile manipulator robot. Comparisons with other termination criteria are done and the results are analyzed. We also propose an objective function to be optimized, which requires to find the time optimal trajectories in the presence of obstacles for a nonholonomic robotic base and satisfying visibility constraints at the sensing locations. The termination test together with a whole method for object reconstruction is experimentally validated both in simulation and with a real mobile manipulator robot equipped with a sensor mounted in the arm end effector.

DOCTORADO

Optimal sampling based motion planning with application to object reconstruction

Matemáticas para IA

Categoría:

Dr. Rafael Murrieta Cid, CIMAT (asesor principal); Dr, Luis Enrique Sucar, INAOE (co-asesor).

Director tesis

Jacqueline Reynosa Guerrero

CIDESI

En la estimación de la disparidad en un par de imágenes adquiridas con un arreglo estéreo es la distancia que hay entre las dos lentes del arreglo estéreo, entonces se puede tratar como un desplazamiento entre la imagen tomada con el lente de la derecha y la imagen tomada con el lente de la izquierda del arreglo estéreo de una determinada característica, en este caso se utilizan características globales de la imagen. Para encontrar el desplazamiento, en la literatura se ha tratado como un problema de medir la similitud entre dos regiones: la referencia en la imagen de la izquierda y otra desplazada en la imagen de la derecha de acuerdo al arreglo estéreo. De esta forma, el error de disimilitud se utiliza como criterio para construir un espacio métrico, el cual queda parametrizado en términos de un desplazamiento y una transformación de la zona de referencia. Entonces, al plantear este proceso, se puede reescribir como un problema de optimización de las variables que se involucran en el desplazamiento y la transformación de imagen adquirida por el lente de la izquierda que se toma como la referencia a la imagen adquirida por el lente de la derecha que se toma como la imagen desplazada utilizando algoritmos de optimización evolutiva.

DOCTORADO

Modelación de la problemática de la movilidad y la segregación urbana desde una perspectiva socioterritorial y cómputo-matemática

Matemáticas para IA

Categoría:

Hugo Jiménez Hernández (asesor principal); Vicente Bringas Rico (co-asesor)

Director tesis

Juan Manuel Garcia Huerta

CIDESI

En el presente trabajo se presenta un modelo para transferir el conocimiento entre dos procesos inteligentes mediante el desarrollo de un transductor formal. Los procesos inteligentes son procesos de decisión que permiten detectar la actividad en sistemas de visión distribuidos. Estos sistemas representan el conocimiento mediante un árbol, que expresa en forma de reglas gramaticales las relaciones entre los estados del sistema. El transductor analiza los dos lenguajes y propone un conjunto de reglas de transducción para migrar la experiencia (reglas gramaticales) de un reconocedor al otro. Esta tesis, por extensión, solo considera el caso de la transducción para sistemas deterministas. En un caso de estudio se utiliza las reglas aprendidas en una cámara en un sistema distribuido, y se migra el conocimiento a otra cámara con condiciones distintas a la primera. Esta propuesta reduce la complejidad en el aprendizaje y agiliza la capacidad de expresividad de reconocimiento de actividades indebidas.

DOCTORADO

Modelo para transferir el conocimiento entre dos procesos inteligentes mediante el desarrollo de un transductor formal

Problemas de salud

Categoría:

Hugo Jiménez Hernández (asesor principal)

Director tesis

Juana Lilia Bautista Jacobo

CIDESI

El plan de trabajo para el diseño de perfiles aerodinámicos mediante la composición de algoritmos de optimización (que tienen como objetivo principal incrementar la eficiencia aerodinámica de perfiles para el uso en aerogeneradores offshore) empieza por el desarrollo de un algoritmo que permita introducir datos de un model a un algoritmo que continúe con la búsqueda del mejor polinomio. Posteriormente se seberá analizar la parametrización de los perfiles aerodinámicos (NACA64-618, DU99-W-350,DU99-W-405) para determinar el modelo del polinomo a utilizar en cada uno de los perfiles. Por último incluye el desarrollo de algoritmo para determinar los coeficientes aerodinámicos. 

DOCTORADO

Diseño de perfiles aerodinámicos mediante la composición de algoritmos de optimización (algoritmo genético, AG.)

Matemáticas para IA

Categoría:

José Julián III Montes Rodríguez (asesor principal)

Director tesis

Luis Daniel Bravo Ramírez

CICESE, CIMAT

Esta es una tesis de maestría, el alumno se encuentra inscrito en la maestría de ciencias de la computación y matemáticas industriales de CIMAT. En esta tesis se investigan problemas de persecución/evasión con múltiples jugadores utilizando técnicas de control óptimo y de teoría de juegos.

MAESTRÍA

Pursuit/evasion problems with multiple players

Robótica

Categoría:

Dr. Rafael Murrieta Cid, CIMAT, asesor principal; Dr, Ubaldo Ruiz, CICESE, co-asesor.

Director tesis

Mario Canul Ku

IPICYT,CIMAT

En este trabajo se propone un descriptor 3D generalizado, basado en en valores de curvatura y método de Multi-Vista para la clasificación de objetos arqueológicos usando técnicas de aprendizaje máquina. Nuestro método se enfoca en la recuperación efectiva de objetos 3D y en reducción de tiempos de consulta de bases de datos arqueológicas.

DOCTORADO

3D shape classification and retrieval over complex geometry objects.

Matemáticas para IA

Categoría:

Dr Rogelio Hasimoto Beltrán-CIMAT, Dr. Salvador Ruiz Correa-IPICyT, Dr. Diego Jiménez Badillo-INAH

Director tesis

Raul Alejandro Aguilar Vilchi

Centro GEO

El trabajo de tesis aborda la problemática de la movilidad y la segregación urbana desde dos perspectivas. Desde una mirada socioterritorial se han identificado variables que influyen en la segregación urbana y el pobre acceso a servicios de movilidad, como el transporte público. Desde una mirada de la modelización computo-matemática se analizan esas variables para predecir cambios en el uso de suelo. 

Una de las aportaciones esperadas del trabajo, en términos de inteligencia artificial, es la aplicación de algoritmos, como el crecimiento por parches (autómata celular), para identificar cuánto crecerán las zonas de segregación y hacía dónde se expandirán. 

Esto algoritmos se incorporan en un modelo con el que se calcula la probabilidad de expansión de una zona segregada, considerando tres submodelos: el potencial de una zona no-urbana de volverse urbana, la demanda de uso de suelo y la estructura espacial.

En cada submodelo hay diferentes variables, pero una es común a los tres, los patrones históricos de cambio de uso de suelo. Para calcular el potencial se incorporan variables medio-ambientales, de infraestructura y socio-económicas. Para calcular la demanda se usa la información histórica de población y sus proyecciones. Finalmente, la estructura espacial considera la forma y el tamaño del parche, esto es medido por medio de un índice de compacidad y la resolución de la información espacial.

El potencial y la demanda se incorporan en el algoritmo de crecimiento, para tener las predicciones en el cambio de uso de suelo. Con base en ello se pueden responder dos preguntas: dónde se expandirán esas zonas de segregación y cuánto suelo cambiará.

Otro de los resultados esperados, relacionado con los algoritmos de inteligencia artificial, es complementar el modelo de crecimiento con modelos de redes complejas, específicamente midiendo la conectividad de las zonas segregadas respecto al resto de la ciudad, usando medidas de centralidad y ciclos no triviales. Con lo que se espera extender la noción de crecimiento y conectividad urbana.

LICENCIATURA

Modelación de la problemática de la movilidad y la segregación urbana desde una perspectiva socioterritorial y cómputo-matemática

Movilidad

Categoría:

Juan Antonio Pichardo Corpus (asesor principal)

Director tesis

Rubicel Trujillo Acatitla

IPICYT

La tesis de maestría de Rubicel lleva por título “Respuesta del índice de vegetación de diferencia normalizada (NDVI) a la actividad antrópica, variabilidad climática y ambiental en bosque de encino”. Es un trabajo de investigación ambiental que considera diversos factores de disturbio (antrópicos y climáticos); busca explicar la relación existente entre la respuesta espectral recolectada por plataformas satelitales e información in-situ a través de un estudio espacial multi-temporal. Se emplearon aproximadamente 40 años de observaciones satelitales así como múltiples transectos en zonas estratégicas del área de estudio (Sierra de San Miguelito). La relación e interconexión compleja de las variables tanto fisiográficas, ecológicas y antrópicas puso en manifiesto la necesidad de identificar nuevas estrategias adecuadas para procesar tal cantidad de datos espaciales así como buscar mecanismos que permitieran explicar dichas relaciones. Ante este panorama y aplicando métodos de inteligencia artificial se estableció una metodología capaz de responder varias de las preguntas de investigación planteadas en este proyecto. Dentro de los principales resultados se obtuvo lo siguiente:

 + Se logró identificar, diferenciar y agrupar sitios con distinto tipo de impacto ambiental causado por presencia de ganado, ganado + milta, poco disturbio y bosque en función de los valores de respuesta espectral obtenida por el índice NDVI.
 + Se logró identificar una variación temporal y de tendencia de los diferentes grupos generados, así como un análisis de sensibilidad para establecer aquellos grupos que pudiesen ser considerados como estables a través de repositorio de casí 50 años 
 + Se lograron establecer que factores climáticos son responsables de los cambios más significativos a corto, mediano y largo alcance.
 + La estrategia formulada también permitió realizar un análisis de impacto ambiental a escala más fina (nivel de transecto) donde los resultados obtenidos estuvieron orientados hacia variables florísticas como composición y estructura vegetal, edaficas y/o relacionadas con efectos antrópicos.

MAESTRÍA

Respuesta del índice de vegetación de diferencia normalizada (NVDI) a la actividad antrópica, variabilidad climática y ambiental en bosque encino

Riesgos medioambientales

Categoría:

David Douterlunge (asesor principal); José Tuxpan Vargas (co-asesor)

Director tesis

Sebastian Salazar Colores

CIO, CIMAT

El área de investigación del proyecto es la aplicación de Deep learning (redes neuronales convolutivas) y técnicas de visión artificial sobre imágenes de fondo de ojo con el objetivo de detectar retinopatía diabética. Las áreas de investigación involucradas son: a) inteligencia artificial; b) visión por computadora; c) algoritmos probabilísticos; d) filtrado y procesamiento de imágenes; e) salud, particularmente oftalmología. En este último punto nos apoyaremos de los oftalmólogos del CIO en conjunto con el Laboratorio Nacional de óptica de la Visión, quiénes nos orientaran en asuntos médicos. 
 
Este trabajo actualmente tiene un avance ya desarrollado en el Centro de Investigaciones en Óptica por estudiantes de postgrado; actualmente se cuenta con un algoritmo que es capaz de detectar las partes más importantes de la retina: la mácula y el nervio óptico. La solicitud de este apoyo es para la terminación de doctorado del Maestro. Sebastián Salazar Colores, quien desea continuar haciendo investigaciones en las áreas de Inteligencia Artificial como postdoctorante, esto bajo la asesoría del Dr. Gerardo Flores (CIO) y el Dr. Rogelio Hasimoto (CIMAT). Con esto se conseguirá: 1) terminar una publicación de revista en el área de IA de los resultados arriba mencionados; 2) afianzar las colaboraciones entre el CIO y el CIMAT dentro del consorcio de IA; 3) encaminar al estudiante Sebastián Colores a un posible postdoctorado en este mismo proyecto a comenzar en septiembre 2019, una vez presente su examen de grado.
 
La aportación al consorcio será mediante 3 puntos: 
1) publicación de artículo científico; 
2) colaboración entre CIMAT y CIO en temas de salud usando IA; 
3) tesis de doctorado agradeciendo al consorcio el apoyo para la terminación de tesis de doctorado; y 
4) algoritmo de detección de retinopatía diabética. Éste último se espera terminarlo durante la posible estancia de posdoctorado que Sebastián busca hacer en el consorcio.

DOCTORADO

Deep Learning algorithm for detecting diabetic Retinopathy from fundus images

Problemas de salud

Categoría:

Gerardo Flores (supervisor); Rogelio Hasimoto (supervisor)

Director tesis