BR112018072597B1 - ESTIMATION OF ELECTROMECHANICAL QUANTITIES USING DIGITAL IMAGES AND MODEL-BASED FILTRATION TECHNIQUES - Google Patents

ESTIMATION OF ELECTROMECHANICAL QUANTITIES USING DIGITAL IMAGES AND MODEL-BASED FILTRATION TECHNIQUES Download PDF

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Francesco COSCO
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Wim Desmet
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Abstract

Trata-se de um método para estimar uma ou mais dentre as seguintes grandezas a partir de uma máquina e/ou componente eletromecânico, sendo que o método compreende a criação de um modelo numérico fotorrealista da máquina eletromecânica ou partes da mesma, uma etapa de medições para combinar saídas de sensores físicos dos quais pelo menos um é um dispositivo de imaginologia para visualizar a superfície externa da máquina eletromecânica física em pelo menos uma imagem bidimensional, uma etapa de estimativa que combina o modelo numérico fotorrealista e a etapa de medição para fornecer uma estimativa de grandezas eletromecânicas desejadas, sendo que a etapa de estimativa se baseia, pelo menos, na utilização de uma métrica de similaridade entre a (pelo menos uma) imagem bidimensional da máquina eletromecânica ou partes da mesma e as imagens geradas pelo modelo numérico fotorrealista.This is a method for estimating one or more of the following quantities from a machine and/or electromechanical component, and the method comprises the creation of a photorealistic numerical model of the electromechanical machine or parts thereof, a measurement step to combine outputs from physical sensors of which at least one is an imaging device to visualize the outer surface of the physical electromechanical machine into at least a two-dimensional image, an estimation step that combines the photorealistic numerical model and the measurement step to provide an estimation of desired electromechanical quantities, with the estimation step being based, at least, on the use of a similarity metric between the (at least one) two-dimensional image of the electromechanical machine or parts thereof and the images generated by the photorealistic numerical model.

Description

CAMPO DA INVENÇÃOFIELD OF INVENTION

[001] A presente invenção se refere, de modo geral, ao campo de estimativa baseada em modelo de grandezas eletromecânicas. Mais especificamente, a presente invenção se refere à estimativa de grandezas eletromecânicas por meio de imagens digitais e técnicas de filtração baseadas em modelo devido ao auxílio de um modelo numérico eletromecânico fotorrealista.[001] The present invention generally refers to the field of model-based estimation of electromechanical quantities. More specifically, the present invention relates to the estimation of electromechanical quantities using digital images and model-based filtering techniques due to the aid of a photorealistic electromechanical numerical model.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃOBASICS OF THE INVENTION

[002] Nos últimos anos, diversos métodos para combinar medições experimentais com representações numéricas ("modelos") de máquinas e/ou componentes eletromecânicos ou mecatrônicos foram propostos a fim de inferir (estimar) informações que são difíceis ou não podem ser medidas diretamente.[002] In recent years, several methods for combining experimental measurements with numerical representations ("models") of machines and/or electromechanical or mechatronic components have been proposed in order to infer (estimate) information that is difficult or cannot be measured directly.

[003] Diferentes métodos foram apresentados e ajustados para aumentar os níveis de complexidade na faixa de um único corpo indeformável (por exemplo, para estimativa de pose) a modelos de sistema de parâmetros concentrados a modelos de elemento finitos não lineares e lineares (reduzidos) e multicorpo flexível. Estas técnicas foram aplicadas de modo bem-sucedido tanto em ambientes acadêmicos quanto industriais. Todos estes compartilham uma funcionalidade nuclear fundamental: os mesmos exploram o conhecimento incorporado no modelo a fim de estimar um conjunto de variáveis de modelo (estados de modelo, entradas, parâmetros ou qualquer combinação dos mesmos) ao mesmo tempo que minimizam, em algum sentido (ponderado), a diferença entre as grandezas medidas (através de um sensor físico num objeto/sistema físico) e as previstas (obtidas a partir da avaliação de modelo numérico).[003] Different methods have been presented and tuned to increase complexity levels in the range from a single indeformable body (e.g. for pose estimation) to lumped parameter system models to nonlinear and linear (reduced) finite element models. and flexible multibody. These techniques have been successfully applied in both academic and industrial settings. All of these share a fundamental core functionality: they exploit the knowledge embedded in the model in order to estimate a set of model variables (model states, inputs, parameters or any combination thereof) while minimizing, in some sense ( weighted), the difference between the measured quantities (through a physical sensor in a physical object/system) and those predicted (obtained from the evaluation of a numerical model).

[004] A conexão entre o modelo e as medições é alcançada através de algoritmos inversos ou de estimativa. Algoritmos de otimização gerais podem ser usados para ajustar uma certa variável de modelo a fim de que o modelo corresponda melhor às medições. Técnicas específicas como filtração Kalman e Estimativa de Horizonte Móvel podem ser usadas para obter um acordo ideal entre o modelo numérico e a precisão de medição para a estimativa resultante.[004] The connection between the model and measurements is achieved through inverse or estimation algorithms. General optimization algorithms can be used to adjust a certain model variable so that the model better matches the measurements. Specific techniques such as Kalman filtering and Moving Horizon Estimation can be used to obtain an optimal agreement between the numerical model and measurement accuracy for the resulting estimate.

[005] Diferentes medições são usadas para diferentes aplicações. Frequentemente, sensores discretos (acelerômetros, medidores de deformação, microfones, etc.) são usados que podem ser diretamente ligados a uma ou mais variáveis de modelo. Um interesse crescente tem recentemente apontado em direção ao uso de medições de campo (como quadros de vídeo digital, vídeos e imagens de câmera) devido à sua capacidade exclusiva de coletar dados espaciais de alta densidade de um cenário de interesse.[005] Different measurements are used for different applications. Often, discrete sensors (accelerometers, strain gauges, microphones, etc.) are used that can be directly linked to one or more model variables. Growing interest has recently pointed toward the use of field measurements (such as digital video frames, videos, and camera images) due to their unique ability to collect high-density spatial data from a landscape of interest.

[006] Os métodos atuais do estado da técnica dificilmente exploram a gama completa de informações capturadas a partir de sensores de campo completo (por exemplo, sensores de câmera). Os métodos focaram na extração de informações apenas para estimativa de pose rígida, o que exige informações de modelo e processamento muito menos precisas. O anteriormente citado é, por exemplo, descrito no pedido de patente internacional WO2014/055355, pedido de patente US no 2009/0297020 e pedido de patente GB no 2504822. Seu uso como ferramentas de medição visual foi usualmente complementado por algum tipo de middleware a fim de obter um número relativamente menor de pontos de dados que podem ser usados como pontos de medição discretos (por exemplo, geração de nuvem de pontos para estimativa de pose, rastreamento de recurso para medição de localização conforme, por exemplo, descrito no pedido de patente internacional WO2012/0407009 e no pedido US no 9412040); ou recuperar grandezas medidas indiretas (um exemplo específico do mesmo é a correspondência de Imagem Digital em que as informações de imagem são convertidas numa medição de deformação estimada numa estrutura). Como uma consequência, a medição de campo da câmera nunca foi completa e diretamente explorada dentro de um enquadramento de estimativa.[006] Current prior art methods hardly exploit the full range of information captured from full-field sensors (e.g., camera sensors). The methods focused on extracting information for rigid pose estimation only, which requires much less accurate model and processing information. The aforementioned is, for example, described in international patent application WO2014/055355, US patent application no 2009/0297020 and GB patent application no 2504822. Their use as visual measurement tools has usually been complemented by some type of middleware to in order to obtain a relatively smaller number of data points that can be used as discrete measurement points (e.g. point cloud generation for pose estimation, feature tracking for location measurement as e.g. described in the application for international patent WO2012/0407009 and US application no. 9412040); or recover indirect measured quantities (a specific example of the same is Digital Image matching in which image information is converted into an estimated strain measurement in a structure). As a consequence, camera field measurement has never been fully and directly explored within an estimation framework.

[007] Isto leva a diversas limitações das abordagens existentes descritas acima:[007] This leads to several limitations of the existing approaches described above:

[008] • Ao depender de sensores discretos:[008] • When relying on discrete sensors:

[009] o diferentes tipos de sensores são exigidos para estimar diferentes grandezas;[009] different types of sensors are required to estimate different quantities;

[010] o um número impraticavelmente grande de sensores pode ser exigido a fim de fornecer precisão suficiente;[010] an impractically large number of sensors may be required in order to provide sufficient accuracy;

[011] o sensores discretos tendem a serem intrusivos (a presença dos sensores perturba a quantidade sob investigação);[011] discrete sensors tend to be intrusive (the presence of sensors disturbs the quantity under investigation);

[012] • Ao depender de sensores de campo:[012] • When relying on field sensors:

[013] o informações são frequentemente manipuladas para gerar pontos de medição discretos. Deste modo, a maioria dos dados disponíveis é perdida na medida em que as informações de modelo disponíveis não são idealmente correspondidas com as informações de sensor disponíveis.[013] information is often manipulated to generate discrete measurement points. Therefore, most of the available data is lost as the available model information is not ideally matched with the available sensor information.

[014] o As informações são frequentemente processadas a fim de extrair grandezas de campo completo por meio de outras metodologias (por exemplo, DIC), em que o conhecimento valioso sobre o sistema/objeto físico não pode ser explorado a fim de melhorar a precisão.[014] o Information is often processed in order to extract full-field quantities through other methodologies (e.g. DIC), where valuable knowledge about the physical system/object cannot be exploited in order to improve accuracy .

[015] o As abordagens de medição de campo puras podem exigir alguma preparação da estrutura sob consideração.[015] o Pure field measurement approaches may require some preparation of the structure under consideration.

[016] o No caso de máquina e/ou componentes eletromecânicos 3D, os métodos disponíveis exigem pelo menos um equipamento estéreo para cada lado da máquina e/ou componente eletromecânico sob investigação, o que leva rapidamente a exigências dispendiosas para estruturas realísticas. Estes métodos também fornecem apenas informações sobre as partes visíveis da estrutura, mas não fornecem qualquer compreensão sobre grandezas invisíveis (por exemplo, deformações internas).[016] o In the case of 3D machines and/or electromechanical components, available methods require at least one stereo equipment for each side of the machine and/or electromechanical component under investigation, which quickly leads to expensive requirements for realistic structures. These methods also only provide information about the visible parts of the structure, but do not provide any understanding about invisible quantities (e.g. internal deformations).

[017] o Métodos que empregam técnicas de imaginologia mais dispendiosas podem ser usados (Imagens de Tomografia Computadorizada CTI, Imaginologia por ressonância magnética MRI, Tomografia Computadorizada por Emissão de Fóton Único SPECT, Tomografia por Emissão de Pósitrons PET, etc.), mas precisam de um ambiente controlado e não são diretamente aplicáveis a máquinas e componentes eletromecânicos durante, por exemplo, sua operação regular. Além disto, as técnicas mencionadas permitem imagens 3D do sistema incluindo as partes não visíveis internas, o que não é necessário em aplicações eletromecânicas e aumenta dramaticamente o custo do método. Além disto, a maioria destes métodos pode ser usada apenas para aquisições de imagem quase estática, e seu uso para aplicações eletromecânicas é difícil, se não até mesmo impossível, devido à perturbação dos campos magnéticos introduzidos pelo aparelho de medição.[017] o Methods employing more expensive imaging techniques can be used (CTI Computed Tomography Imaging, MRI Magnetic Resonance Imaging, SPECT Single Photon Emission Computed Tomography, PET Positron Emission Tomography, etc.), but need of a controlled environment and are not directly applicable to machines and electromechanical components during, for example, their regular operation. Furthermore, the mentioned techniques allow 3D images of the system including internal non-visible parts, which is not necessary in electromechanical applications and dramatically increases the cost of the method. Furthermore, most of these methods can only be used for quasi-static image acquisitions, and their use for electromechanical applications is difficult, if not impossible, due to the disturbance of the magnetic fields introduced by the measuring device.

[018] No pedido de patente internacional WO2014/127321, as imagens provenientes de dispositivos médicos dispendiosos e intrusivos, tais como CTI, MRI, SPECT ou PET são usadas para avaliar a posição dos órgãos de um corpo humano durante a cirurgia e ajudam o cirurgião a entender a localização exata de partes delicadas que são difíceis, se não impossíveis, de ver com meios intraoperatórios menos precisos. O mesmo explora tais imagens médicas 3D em combinação com um modelo numérico para solucionar um problema de otimização que permite finalmente criar um modelo 3D dos órgãos do corpo humano deformados durante operações e sobrepor o mesmo nas imagens intraoperatórias menos precisas. Isto permite que o médico veja um modelo numericamente criado mais detalhado dos órgãos do paciente. Embora esta abordagem seja bastante interessante, a mesma não tem a capacidade para alcançar o nível de precisão e faixa dinâmica nas grandezas estimadas combinadas com a eficácia computacional que é necessária em aplicações eletromecânicas. Além disto, não é aplicável como tal a máquinas e/ou componentes eletromecânicos funcionando em seu ambiente operacional.[018] In international patent application WO2014/127321, images from expensive and intrusive medical devices such as CTI, MRI, SPECT or PET are used to evaluate the position of organs in a human body during surgery and assist the surgeon to understand the exact location of delicate parts that are difficult, if not impossible, to see with less precise intraoperative means. It exploits such 3D medical images in combination with a numerical model to solve an optimization problem that finally allows creating a 3D model of human body organs deformed during operations and superimposing it on less precise intraoperative images. This allows the doctor to see a more detailed, numerically created model of the patient's organs. Although this approach is quite interesting, it does not have the ability to achieve the level of precision and dynamic range in estimated quantities combined with the computational efficiency that is necessary in electromechanical applications. Furthermore, it is not applicable as such to machines and/or electromechanical components operating in their operational environment.

[019] Portanto, há uma necessidade de métodos de detecção baseados em modelo melhorados.[019] Therefore, there is a need for improved model-based detection methods.

SUMÁRIO DA INVENÇÃOSUMMARY OF THE INVENTION

[020] É um objetivo das modalidades da presente invenção fornecer a estimativa de grandezas eletromecânicas por meio de imagens digitais e técnicas de filtração baseadas em modelo. O objetivo acima é alcançado por um método e um dispositivo de acordo com a presente invenção.[020] It is an objective of embodiments of the present invention to provide the estimation of electromechanical quantities through digital images and model-based filtering techniques. The above objective is achieved by a method and a device according to the present invention.

[021] É uma vantagem das modalidades da presente invenção que os mesmos podem fazer uso de imagens de baixo custo, isto é, provenientes de técnicas de imaginologia de baixo custo, tais como imagens de câmera de vídeo e/ou fotográfica. É uma vantagem das modalidades da presente invenção que imagens 2D de partes visíveis podem ser usadas. É, assim, uma vantagem que as modalidades não exigem imagens internas ou imagens que sejam grandes ou dispendiosas, por exemplo, conforme obtido a partir de dispositivos 3D, tais como CTI, MRI, SPECT ou PET. É uma vantagem das modalidades da presente invenção que é feito uso de filtração baseada em modelo a fim de inferir grandezas superficiais, mas também internas de sistemas eletromecânicos, tais como, por exemplo, máquinas.[021] It is an advantage of the modalities of the present invention that they can make use of low-cost images, that is, from low-cost imaging techniques, such as video and/or photographic camera images. It is an advantage of embodiments of the present invention that 2D images of visible parts can be used. It is thus an advantage that the modalities do not require internal images or images that are large or expensive, for example, as obtained from 3D devices such as CTI, MRI, SPECT or PET. It is an advantage of embodiments of the present invention that use is made of model-based filtration in order to infer surface but also internal quantities of electromechanical systems, such as, for example, machines.

[022] É uma vantagem das modalidades de acordo com a presente invenção que o histórico de tempo das grandezas estimadas e/ou das informações é explorado. O anterior permite cobrir o movimento dinâmico temporário, que é fundamental em aplicações eletromagnéticas. É uma vantagem das modalidades da presente invenção que uma abordagem baseada em visão é acoplada a estimadores dinâmicos, tais como, por exemplo, filtros baseados em Kalman e/ou estimadores de Horizonte Móvel.[022] It is an advantage of the embodiments according to the present invention that the time history of the estimated quantities and/or information is explored. The former allows you to cover temporary dynamic movement, which is fundamental in electromagnetic applications. It is an advantage of embodiments of the present invention that a vision-based approach is coupled with dynamic estimators, such as, for example, Kalman-based filters and/or Moving Horizon estimators.

[023] É uma vantagem das modalidades de acordo com a presente invenção que modelos de alta fidelidade são usados permitindo a obtenção do nível exigido de precisão. Grandes cargas computacionais são evitadas adotando-se esquemas de redução de ordem de modelo avançados, quando exigido.[023] It is an advantage of the embodiments according to the present invention that high fidelity models are used allowing the required level of precision to be obtained. Large computational burdens are avoided by adopting advanced model order reduction schemes when required.

[024] Num primeiro aspecto, a presente invenção fornece um método para detectar um objeto físico, sendo que o método compreende fornece um objeto virtual fotorrealista do objeto físico, realizar uma etapa de medição, sendo que a etapa de medição compreende gravar o objeto físico e adquirir medições de campo físico do objeto físico que compreende pelo menos uma imagem bidimensional e realizar uma etapa de estimativa, sendo que a etapa de estimativa compreende aplicar excitações externas ao objeto virtual fotorrealista para criar medições de campo virtual fotorrealista e comparar as medições de campo virtual fotorrealista com as medições de campo físico e, portanto, detectar o objeto físico.[024] In a first aspect, the present invention provides a method for detecting a physical object, the method comprising providing a photorealistic virtual object of the physical object, performing a measuring step, the measuring step comprising recording the physical object and acquiring physical field measurements of the physical object comprising at least one two-dimensional image and performing an estimation step, the estimation step comprising applying external excitations to the photorealistic virtual object to create photorealistic virtual field measurements and comparing the field measurements photorealistic virtual field with physical field measurements and therefore detect the physical object.

[025] O método pode compreender usar um histórico de tempo da pelo menos uma imagem bidimensional.[025] The method may comprise using a time history of at least one two-dimensional image.

[026] Detectar um objeto físico pode compreender estimar uma ou mais das grandezas a seguir do objeto físico, por exemplo, uma ou mais das grandezas eletromecânicas a seguir de uma máquina ou componente eletromecânico:[026] Detecting a physical object may comprise estimating one or more of the following quantities of the physical object, for example, one or more of the following electromechanical quantities of a machine or electromechanical component:

[027] • Estados: incluindo, porém, sem limitação, posições, velocidades, acelerações, deformações, taxas de deformações, correntes;[027] • States: including, but not limited to, positions, speeds, accelerations, deformations, deformation rates, currents;

[028] • Entrada: incluindo, porém, sem limitação, forças mecânicas, torques mecânicos, pressões mecânicas, tensões;[028] • Input: including, but not limited to, mechanical forces, mechanical torques, mechanical pressures, tensions;

[029] • Parâmetros: incluindo, porém, sem limitação, densidade, módulos de Young, razões de Poisson, parâmetros de material, dimensões físicas, resistência, capacitância.[029] • Parameters: including, but not limited to, density, Young's moduli, Poisson's ratios, material parameters, physical dimensions, resistance, capacitance.

[030] O método pode compreender fornecer um histórico de tempo da estimativa das referidas grandezas do objeto físico.[030] The method may comprise providing a time history of the estimation of said quantities of the physical object.

[031] O objeto físico pode ser uma máquina e/ou componente eletromecânico.[031] The physical object can be a machine and/or electromechanical component.

[032] Fornecer um objeto virtual fotorrealista pode compreender a criação de um modelo numérico fotorrealista do objeto físico.[032] Providing a photorealistic virtual object may comprise creating a photorealistic numerical model of the physical object.

[033] Realizar uma etapa de medição pode compreender combinar saídas de sensores físicos dos quais pelo menos um é um dispositivo de imaginologia para visualizar a superfície externa do objeto físico em pelo menos uma imagem bidimensional.[033] Performing a measuring step may comprise combining outputs from physical sensors of which at least one is an imaging device to visualize the external surface of the physical object in at least one two-dimensional image.

[034] Realizar uma etapa de estimativa pode compreender combinar as medições de campo virtual fotorrealista com as medições de campo físico para fornecer uma estimativa da grandeza ou grandezas desejadas e em que a etapa de estimativa se baseia, pelo menos, na utilização de uma métrica de similaridade entre a pelo menos uma imagem bidimensional do objeto físico ou partes do mesmo, e as imagens geradas pelo objeto virtual fotorrealista.[034] Performing an estimation step may comprise combining the photorealistic virtual field measurements with the physical field measurements to provide an estimate of the desired quantity or quantities and wherein the estimation step is based at least on the use of a metric of similarity between at least one two-dimensional image of the physical object or parts thereof, and the images generated by the photorealistic virtual object.

[035] Realizar uma etapa de estimativa pode compreender combinar o modelo numérico fotorrealista e a etapa de medição para fornecer uma estimativa de grandezas eletromecânicas desejadas e em que a etapa de estimativa se baseia, pelo menos, na utilização de uma métrica de similaridade entre a pelo menos uma imagem bidimensional da máquina eletromecânica, ou partes da mesma, e as imagens geradas pelo modelo numérico fotorrealista.[035] Performing an estimation step may comprise combining the photorealistic numerical model and the measurement step to provide an estimate of desired electromechanical quantities and wherein the estimation step is based, at least, on the use of a similarity metric between the at least a two-dimensional image of the electromechanical machine, or parts thereof, and the images generated by the photorealistic numerical model.

[036] O comportamento físico do objeto virtual fotorrealista do objeto físico pode ser descrito por um modelo estático ou dinâmico obtido como uma aproximação discretizada de um sistema.[036] The physical behavior of the photorealistic virtual object of the physical object can be described by a static or dynamic model obtained as a discretized approximation of a system.

[037] É uma vantagem das modalidades da presente invenção que imagens ou sensores que geralmente detectam imagens 2D de uma máquina e/ou componente eletromecânico são combinados com modelos numéricos que são capazes de representar campos localizados e distribuídos. Um modo mais eficaz de combinar imagens e vídeos de câmera num enquadramento de estimativa é fornecido, explorando o potencial completo das informações medidas.[037] It is an advantage of embodiments of the present invention that images or sensors that generally detect 2D images of a machine and/or electromechanical component are combined with numerical models that are capable of representing localized and distributed fields. A more effective way to combine camera images and videos into an estimation framework is provided, exploiting the full potential of measured information.

[038] Em modalidades preferenciais, o comportamento físico do modelo numérico eletromecânico fotorrealista é descrito por um modelo estático ou dinâmico obtido como uma aproximação discretizada de um sistema descrito por equações algébricas diferenciais ordinárias, diferenciais parciais ou diferenciais, tais como, porém sem limitação: modelos de sistema de parâmetros concentrados, modelos de elemento finitos, modelos de dinâmica de fluido computacionais, modelos de multicorpo flexível ou combinações dos mesmos.[038] In preferred embodiments, the physical behavior of the photorealistic electromechanical numerical model is described by a static or dynamic model obtained as a discretized approximation of a system described by ordinary differential, partial differential or differential algebraic equations, such as, but without limitation: lumped parameter system models, finite element models, computational fluid dynamics models, flexible multibody models, or combinations thereof.

[039] Em modalidades preferenciais, o modelo numérico eletromecânico fotorrealista é tornado computacionalmente eficiente pelo uso de uma ou mais técnicas de redução de ordem de modelo linear e não linear. A alta precisão pode ser garantida por uma descrição dimensional alta do modelo eletromecânico ou pelo menos das partes do mesmo que são comparadas a imagens e/ou vídeos de câmera. A alta precisão é necessária para se obterem resultados quantitativos ao mesmo tempo que a redução de ordem de modelo é necessária para preservar a precisão computacional de tais modelos computacionalmente dispendiosos. Como o modelo é solucionado no domínio de tempo, exige-se que o mesmo atinja cargas computacionais aceitáveis. A uma ou mais técnicas de redução de ordem de modelo linear ou não linear podem ser uma ou mais dentre síntese de modos de componente, métodos baseados em Krylov, decomposição ortogonal correta, decomposição de modo dinâmico, truncamento equilibrado, método de interpolação empírica discreta, amostragem e ponderação de conservação de energia.[039] In preferred embodiments, the photorealistic electromechanical numerical model is made computationally efficient by using one or more linear and nonlinear model order reduction techniques. High accuracy can be guaranteed by a high dimensional description of the electromechanical model or at least the parts thereof that are compared to camera images and/or videos. High precision is necessary to obtain quantitative results while model order reduction is necessary to preserve the computational accuracy of such computationally expensive models. As the model is solved in the time domain, it is required that it reaches acceptable computational loads. The one or more linear or nonlinear model order reduction techniques may be one or more of component mode synthesis, Krylov-based methods, correct orthogonal decomposition, dynamic mode decomposition, balanced truncation, discrete empirical interpolation method, sampling and energy conservation weighting.

[040] Estas técnicas permitem, intrinsecamente, tratar os efeitos dinâmicos e o histórico de tempo das grandezas estimadas eletromecânicas fornecendo uma troca ideal (em algum sentido definido) entre a precisão de imagem e a precisão de modelo. Em modalidades preferenciais, a estimativa é obtida a partir de técnicas de filtração dinâmica combinando tanto imagens digitais quanto o modelo numérico eletromecânico fotorrealista. Estas técnicas incluem, porém sem limitação: técnicas baseadas em filtro de Kalman, técnicas de Estimativa de Horizonte Móvel, observador de Luenberger, etc.[040] These techniques intrinsically allow to treat the dynamic effects and time history of electromechanical estimated quantities providing an ideal trade-off (in some defined sense) between image accuracy and model accuracy. In preferred embodiments, the estimate is obtained from dynamic filtering techniques combining both digital images and the photorealistic electromechanical numerical model. These techniques include, but are not limited to: Kalman filter-based techniques, Moving Horizon Estimation techniques, Luenberger observer, etc.

[041] Em modalidades preferenciais, o estimador permite a avaliação de limites de erro estocásticos das grandezas eletromecânicas estimadas.[041] In preferred embodiments, the estimator allows the evaluation of stochastic error limits of the estimated electromechanical quantities.

[042] O modelo pode ser solucionado no domínio de tempo;[042] The model can be solved in the time domain;

[043] A estimativa pode ser é obtida a partir de técnicas de filtração dinâmica que combinam vídeos, imagens e o modelo numérico fotorrealista.[043] The estimate can be obtained from dynamic filtering techniques that combine videos, images and the photorealistic numerical model.

[044] A etapa de estimativa pode permitir a avaliação de limites de erro estocásticos das grandezas estimadas do objeto físico.[044] The estimation step can allow the evaluation of stochastic error limits of the estimated magnitudes of the physical object.

[045] O método pode compreender medir e usar um subconjunto das grandezas do objeto físico como uma entrada conhecida para o objeto virtual fotorrealista.[045] The method may comprise measuring and using a subset of the magnitudes of the physical object as a known input to the photorealistic virtual object.

[046] O método pode compreender medir e usar grandezas eletromecânicas adicionais, adicionalmente a vídeos e imagens de câmera durante a etapa de estimativa.[046] The method may comprise measuring and using additional electromechanical quantities, in addition to videos and camera images during the estimation step.

[047] Em modalidades preferenciais, um subconjunto das grandezas eletromecânicas é conhecido. Estas grandezas conhecidas são usadas para melhorar a precisão das grandezas estimadas restantes dentro do algoritmo de estimativa.[047] In preferred embodiments, a subset of the electromechanical quantities is known. These known quantities are used to improve the accuracy of the remaining estimated quantities within the estimation algorithm.

[048] Em modalidades preferenciais, um subconjunto das grandezas eletromecânicas é medido. Estas grandezas medidas são usadas para melhorar a precisão das grandezas estimadas dentro do algoritmo de estimativa. Tais medições incluem, porém sem limitação: medidores de deformação, acelerômetros, sensores de deformação de grade de bragg em fibra, giroscópios, sensores de tensão, sensores de corrente, sensores de temperatura, microfones, etc.[048] In preferred embodiments, a subset of the electromechanical quantities is measured. These measured quantities are used to improve the accuracy of the estimated quantities within the estimation algorithm. Such measurements include, but are not limited to: strain gauges, accelerometers, fiber Bragg grating strain sensors, gyroscopes, voltage sensors, current sensors, temperature sensors, microphones, etc.

[049] Em modalidades preferenciais, fornecer um modelo numérico eletromecânico fotorrealista compreende criar um modelo numérico da máquina e/ou componente eletromecânico físico e texturizar a geometria do modelo com pelo menos uma imagem.[049] In preferred embodiments, providing a photorealistic electromechanical numerical model comprises creating a numerical model of the machine and/or physical electromechanical component and texturing the geometry of the model with at least one image.

[050] Em modalidades preferenciais, as medições de campo físico da máquina eletromecânica são campos físicos deformados.[050] In preferred embodiments, the physical field measurements of the electromechanical machine are deformed physical fields.

[051] Num segundo aspecto, a presente invenção fornece dispositivos que compreendem um sistema de processamento, sendo que o sistema de processamento é adaptado para realizar um método de acordo com as modalidades da presente invenção. Num terceiro aspecto, a presente invenção se refere a um sistema para caracterizar um objeto físico, sendo que o sistema compreende pelo menos um meio para medir as grandezas do objeto físico e um processador adaptado para receber a saída do pelo menos um meio para medir campos do objeto físico e adaptado para realizar o método conforme descrito acima.[051] In a second aspect, the present invention provides devices comprising a processing system, the processing system being adapted to carry out a method in accordance with embodiments of the present invention. In a third aspect, the present invention relates to a system for characterizing a physical object, the system comprising at least one means for measuring magnitudes of the physical object and a processor adapted to receive the output of the at least one means for measuring fields. of the physical object and adapted to perform the method as described above.

[052] Num aspecto, a presente invenção também fornece um sistema para estimar grandezas eletromecânicas, sendo que o sistema compreende:[052] In one aspect, the present invention also provides a system for estimating electromechanical quantities, the system comprising:

[053] • pelo menos um meio para adquirir imagens digitais da máquina eletromecânica física;[053] • at least one means for acquiring digital images of the physical electromechanical machine;

[054] • um processador adaptado para receber a saída de pelo menos um meio para obter imagens e vídeos do sistema eletromecânico físico e adaptado para realizar o método apresentado nas modalidades preferenciais.[054] • a processor adapted to receive the output of at least one means for obtaining images and videos of the physical electromechanical system and adapted to carry out the method presented in the preferred embodiments.

[055] É uma vantagem das modalidades que um modelo numérico eletromecânico fotorrealista é criado de modo que o mesmo possa ser visualizado de um ou mais diferentes pontos de vista e configurações e que o mesmo se assemelhe visualmente à máquina e/ou componente eletromecânico físico: numa palavra, seja fotoconsistente com a máquina e/ou componente eletromecânico físico.[055] It is an advantage of the embodiments that a photorealistic electromechanical numerical model is created so that it can be viewed from one or more different points of view and configurations and that it visually resembles the machine and/or physical electromechanical component: In short, be photoconsistent with the machine and/or physical electromechanical component.

[056] O modelo numérico eletromecânico pode ser renderizado em qualquer tela ou dispositivo que permita sua visualização.[056] The electromechanical numerical model can be rendered on any screen or device that allows it to be viewed.

[057] Um método de acordo com a modalidade da presente invenção compreende diversas etapas envolvendo diferentes tecnologias. É uma vantagem das modalidades da presente invenção que um método ideal é dotado de alta precisão e grande eficácia computacional.[057] A method according to the embodiment of the present invention comprises several steps involving different technologies. It is an advantage of the embodiments of the present invention that an ideal method is endowed with high precision and great computational efficiency.

[058] A eficácia computacional pode ser habilitada da seguinte forma: usando a eficácia de modelo numérico conforme adicionalmente detalhado na descrição da invenção, modelos 2D ou 3D podem ser usados para criar o modelo numérico eletromecânico fotorrealista. As técnicas dedicadas para obter tais modelos numéricos são (porém sem limitação): elementos finitos lineares e não lineares, volumes finitos, diferenças finitas, modelos de multicorpo e multicorpo flexível, modelos isogeométricos ou métodos de modelagem de algum modo permitindo discretizar sistemas de equações algébricas diferenciais ordinárias, diferenciais parciais e diferenciais. As técnicas descritas levam a uma descrição numérica precisa da máquina eletromecânica física, mas resultam frequentemente num número muito grande de graus de liberdade (até diversos milhões) e equações a serem solucionadas para obter uma representação de campos distribuídos 2D e 3D (posições, acelerações, deformações, etc.). A carga computacional exigida para a solução deste conjunto de equações (por exemplo, equações de movimento, equações de estimativa, etc.) pode se tornar proibitiva. Nas últimas décadas, diversas técnicas que permitem uma solução mais rápida, mas precisa foram desenvolvidas sob o nome de Redução de Ordem de Modelo (MOR) linear e não linear. A aplicação destas técnicas é um campo de estudo por si e representa uma etapa não trivial que pode ser tomada durante a preparação de modelo. As técnicas de MOR podem ser usadas na presente invenção para alcançar uma redução considerável na carga computacional que leva a um tempo de computacional praticável durante a etapa de estimativa da invenção. As técnicas de MOR não são necessárias para a implantação bem-sucedida da presente invenção, mas representam um modo de alcançar um método escalonável em que a precisão e a velocidade computacional representam uma troca a ser escolhido pelo modelador. Em particular, técnicas tais como (porém sem limitação): truncamento modal, síntese de modos de componente, redução de espaço de Krylov, truncamento equilibrado, decomposição ortogonal correta, ponderação e amostragem de conservação de energia, método de interpolação empírica discreta e empírica, parametrização modal global, síntese de modos de componentes generalizados, redução de modelo linear de trajetória por partes, ManiMor, Decomposição Generalizada Correta, técnicas de redução de ordem de modelo paramétricas, técnicas de hiper-redução ou qualquer outro método que seja adequado para reduzir a carga computacional imposta pelos modelos numéricos reduzindo-se o número original de graus de liberdade e/ou equações. Estas técnicas não têm apenas a vantagem de reduzir o número de graus de liberdade, mas também mostram alguns outros benefícios valiosos, tais como reduzir a rigidez numérica do problema manualmente com as vantagens consequentes de um ponto de vista de solucionador (maior intervalo de tempo permitido, estabilidade aprimorada, etc.). Se uma técnica de MOR for usada, é de importância crucial selecionar o método apropriado de acordo com um problema específico; MOR é uma técnica por si e forte julgamento de engenharia é ainda necessário para se obter desempenhos computacionais ideais sem comprometer drasticamente a precisão.[058] Computational efficiency can be enabled as follows: using numerical model efficiency as further detailed in the description of the invention, 2D or 3D models can be used to create the photorealistic electromechanical numerical model. Dedicated techniques for obtaining such numerical models are (but without limitation): linear and nonlinear finite elements, finite volumes, finite differences, multibody and flexible multibody models, isogeometric models or modeling methods in some way allowing to discretize systems of algebraic equations ordinary differentials, partial differentials and differentials. The techniques described lead to a precise numerical description of the physical electromechanical machine, but often result in a very large number of degrees of freedom (up to several million) and equations to be solved to obtain a representation of 2D and 3D distributed fields (positions, accelerations, deformations, etc.). The computational burden required to solve this set of equations (e.g., equations of motion, estimating equations, etc.) can become prohibitive. In recent decades, several techniques that allow for a faster but more accurate solution have been developed under the name of linear and nonlinear Model Order Reduction (MOR). The application of these techniques is a field of study in itself and represents a non-trivial step that can be taken during model preparation. MOR techniques can be used in the present invention to achieve a considerable reduction in computational burden that leads to practicable computational time during the estimation step of the invention. MOR techniques are not necessary for the successful implementation of the present invention, but represent a way to achieve a scalable method in which accuracy and computational speed represent a trade-off to be chosen by the modeler. In particular, techniques such as (but without limitation): modal truncation, component mode synthesis, Krylov space reduction, balanced truncation, correct orthogonal decomposition, energy conservation weighting and sampling, discrete and empirical empirical interpolation method, global modal parameterization, generalized component mode synthesis, piecewise linear trajectory model reduction, ManiMor, Generalized Correct Decomposition, parametric model order reduction techniques, hyperreduction techniques, or any other method that is suitable for reducing the computational load imposed by numerical models by reducing the original number of degrees of freedom and/or equations. These techniques not only have the advantage of reducing the number of degrees of freedom, but also show some other valuable benefits such as reducing the numerical rigidity of the problem manually with the consequent advantages from a solver's point of view (larger time interval allowed , improved stability, etc.). If a MOR technique is used, it is of crucial importance to select the appropriate method according to a specific problem; MOR is a technique in itself and strong engineering judgment is still required to obtain optimal computational performances without drastically compromising accuracy.

[059] A renderização eficaz poderia também ser explorada na presente invenção, mas não é uma etapa compulsória. A mesma pode ser habilitada por técnicas de renderização eficientes, - como o processo de obtenção de imagens dos modelos numéricos eletromecânicos fotorrealistas - pelo uso de arquiteturas GPU modernas, com sua tubagem programável. A combinação com modelos de ordem reduzida beneficia a invenção permitindo a rápida geração de imagens digitais do modelo numérico eletromecânico fotorrealista. De modo mais geral, o uso de aceleradores massivamente paralelos para computar eficientemente as grandezas de campo simuladas, dentro de um esquema de MOR, não é uma etapa técnica trivial, o que aumenta os campos potenciais de aplicação industrial da invenção apresentada em oposição a outros métodos como, por exemplo, no pedido de patente internacional WO2014/127321, que dependem de um ambiente (médico) controlado para seu sucesso.[059] Effective rendering could also be explored in the present invention, but it is not a mandatory step. It can be enabled by efficient rendering techniques - such as the process of obtaining images from photorealistic electromechanical numerical models - by the use of modern GPU architectures, with their programmable pipeline. The combination with reduced order models benefits the invention by allowing rapid generation of digital images of the photorealistic electromechanical numerical model. More generally, the use of massively parallel accelerators to efficiently compute simulated field quantities, within a MOR scheme, is not a trivial technical step, which increases the potential fields of industrial application of the presented invention as opposed to others. methods such as, for example, in international patent application WO2014/127321, which depend on a controlled (medical) environment for their success.

[060] A estimativa das grandezas eletromecânicas pode ser habilitada por uma ou mais técnicas de estimativa. É uma vantagem desta invenção permitir o uso de estimadores de domínio de tempo, tais como (porém sem limitação) filtração baseada em Kalman, estimativa de horizonte móvel e/ou observador de Luenberger, etc. Os estimadores podem habilitar o uso de modelos numéricos temporários dinâmicos das máquinas e/ou componente eletromecânico que incorpora informações sobre o histórico de tempo completo das grandezas estimadas incluindo vídeos e imagens medidos com uma câmera e/ou criados com o modelo numérico eletromecânico fotorrealista.[060] The estimation of electromechanical quantities can be enabled by one or more estimation techniques. It is an advantage of this invention to allow the use of time domain estimators, such as (but without limitation) Kalman filtering, moving horizon estimation and/or Luenberger observer, etc. Estimators can enable the use of dynamic temporary numerical models of the machines and/or electromechanical component that incorporate information about the full time history of the estimated quantities including videos and images measured with a camera and/or created with the photorealistic electromechanical numerical model.

[061] Em algumas modalidades, os estimadores podem também permitir a recuperação de uma medição de erro estocástico da discrepância entre as grandezas eletromecânicas físicas e as grandezas eletromecânicas estimadas.[061] In some embodiments, the estimators may also allow the recovery of a stochastic error measurement from the discrepancy between the physical electromechanical quantities and the estimated electromechanical quantities.

[062] A qualidade dos vídeos ou imagens de câmera fotográfica adquiridas juntamente com a abordagem de estimativa e as medições de similaridade podem permitir o alcance de uma precisão que é uma ou três ordens de magnitude menor do que um tamanho de pixel.[062] The quality of the videos or camera images acquired together with the estimation approach and similarity measurements can allow achieving an accuracy that is one or three orders of magnitude smaller than a pixel size.

[063] Num aspecto, a presente invenção também fornece um método para estimar uma ou mais das seguintes grandezas eletromecânicas de uma máquina ou componente eletromecânico:[063] In one aspect, the present invention also provides a method for estimating one or more of the following electromechanical quantities of a machine or electromechanical component:

[064] • Estados: incluindo, porém, sem limitação, posições, velocidades, acelerações, deformações, taxas de deformações, correntes;[064] • States: including, but not limited to, positions, speeds, accelerations, deformations, deformation rates, currents;

[065] • Entrada: incluindo, porém, sem limitação, forças mecânicas, torques mecânicos, pressões mecânicas, tensões;[065] • Input: including, but not limited to, mechanical forces, mechanical torques, mechanical pressures, tensions;

[066] • Parâmetros: incluindo, porém, sem limitação, densidade, módulos de Young, razões de Poisson, parâmetros de material, dimensões físicas, resistência, capacitância[066] • Parameters: including, but not limited to, density, Young's moduli, Poisson's ratios, material parameters, physical dimensions, resistance, capacitance

[067] sendo que o método compreende:[067] and the method comprises:

[068] • a criação de um modelo numérico fotorrealista da máquina eletromecânica ou parte do mesmo;[068] • creating a photorealistic numerical model of the electromechanical machine or part thereof;

[069] • uma etapa de medições que permite combinar sensores físicos dentre os quais pelo menos um é um dispositivo de imaginologia que permite a captura da aparência da superfície externa da máquina eletromecânica física ou partes da mesma numa ou mais imagens 2D,[069] • a measurement step that allows combining physical sensors, at least one of which is an imaging device that allows the capture of the appearance of the external surface of the physical electromechanical machine or parts thereof in one or more 2D images,

[070] • uma etapa de estimativa que combina o modelo numérico fotorrealista e a etapa de medição para fornecer uma estimativa das grandezas eletromecânicas desejadas,[070] • an estimation step that combines the photorealistic numerical model and the measurement step to provide an estimate of the desired electromechanical quantities,

[071] • A etapa de estimativa é principalmente, mas não apenas, baseada no uso de uma métrica de similaridade entre pelo menos a referida uma ou mais imagens 2D da máquina eletromecânica ou partes da mesma e as imagens geradas devido ao modelo numérico fotorrealista.[071] • The estimation step is mainly, but not only, based on the use of a similarity metric between at least said one or more 2D images of the electromechanical machine or parts thereof and the images generated due to the photorealistic numerical model.

[072] Num aspecto, a presente invenção se refere a um método para detectar um objeto físico, sendo que o método compreende fornecer um objeto virtual fotorrealista de um objeto físico e realizar uma etapa operacional, sendo que a etapa operacional compreende uma etapa de medição, sendo que a etapa de medição compreende gravar o objeto físico e adquirir medições de campo físico do objeto físico, e uma etapa de estimativa, sendo que a etapa de estimativa compreende aplicar excitações externas ao objeto virtual fotorrealista para criar medições de campo virtual fotorrealista e comparar as medições de campo virtual fotorrealista às medições de campo físico e, portanto, detectar o objeto físico.[072] In one aspect, the present invention relates to a method for detecting a physical object, the method comprising providing a photorealistic virtual object of a physical object and performing an operational step, the operational step comprising a measuring step , the measurement step comprising recording the physical object and acquiring physical field measurements of the physical object, and an estimation step, the estimation step comprising applying external excitations to the photorealistic virtual object to create photorealistic virtual field measurements and compare the photorealistic virtual field measurements to the physical field measurements and therefore detect the physical object.

[073] Comparar as medições de campo virtual fotorrealista às medições de campo físico pode compreender corresponder as medições de campo virtual fotorrealista às medições de campo físico e recuperar a excitação resultante na referida correspondência.[073] Comparing photorealistic virtual field measurements to physical field measurements may comprise matching photorealistic virtual field measurements to physical field measurements and recovering the resulting excitation in said correspondence.

[074] Comparar as medições de campo virtual fotorrealista às medições de campo físico pode compreender minimizar uma função de custo representando uma medição de similaridade das medições de campo virtual fotorrealista com as medições de campo físico.[074] Comparing photorealistic virtual field measurements to physical field measurements may comprise minimizing a cost function representing a similarity measurement of the photorealistic virtual field measurements to physical field measurements.

[075] As excitações externas podem ser conhecidas ou estimadas.[075] External excitations can be known or estimated.

[076] Fornecer um objeto virtual fotorrealista de um objeto físico pode compreender criar um modelo ou objeto virtual do objeto físico e texturizar o modelo com pelo menos uma imagem do objeto físico.[076] Providing a photorealistic virtual object of a physical object may comprise creating a model or virtual object of the physical object and texturing the model with at least one image of the physical object.

[077] Criar um modelo do objeto físico pode compreender uma etapa de criação de modelo e uma etapa de registro de modelo.[077] Creating a model of the physical object may comprise a model creation step and a model registration step.

[078] A etapa de registro de modelo pode compreender posicionar e orientar o objeto físico e o modelo. O modelo pode ser um modelo numérico.[078] The model registration step may comprise positioning and orienting the physical object and the model. The model can be a numerical model.

[079] O modelo pode ser um modelo bidimensional ou tridimensional.[079] The model can be a two-dimensional or three-dimensional model.

[080] Texturizar o modelo com pelo menos uma imagem pode compreender usar um método de renderização baseado em imagem de modo que o modele ou objeto virtual do objeto físico seja consistente com a pelo menos uma imagem do objeto físico.[080] Texturing the model with at least one image may comprise using an image-based rendering method so that the model or virtual object of the physical object is consistent with the at least one image of the physical object.

[081] A pelo menos uma imagem pode ser obtida durante o registro na etapa de medição.[081] At least one image can be obtained during registration in the measurement step.

[082] Em que a pelo menos uma imagem pode ser obtida por um meio de imaginologia de foto ou vídeo, meio de imaginologia com base magnética, meio de imaginologia radiográfico, meio de imaginologia de detecção de luz de varredura ou estado sólido e/ou meio de imaginologia termográfico.[082] Wherein the at least one image may be obtained by a photo or video imaging means, magnetically based imaging means, radiographic imaging means, scanning light detection or solid state imaging means and/or means of thermographic imaging.

[083] As medições de campo físico do objeto físico podem ser obtidas medindo-se o objeto físico em excitação estática ou dinâmica.[083] Physical field measurements of the physical object can be obtained by measuring the physical object in static or dynamic excitation.

[084] As medições de campo físico do objeto físico podem ser campos físicos distribuídos e/ou deformados.[084] Physical field measurements of the physical object may be distributed and/or deformed physical fields.

[085] A presente invenção também se refere a um dispositivo que compreende um sistema de processamento, sendo que o sistema de processamento é adaptado para realizar o método conforme descrito acima.[085] The present invention also relates to a device comprising a processing system, the processing system being adapted to carry out the method as described above.

[086] A presente invenção se refere adicionalmente a um sistema para detectar um objeto físico, sendo que o sistema compreende[086] The present invention further relates to a system for detecting a physical object, the system comprising

[087] - pelo menos um meio para medir campos do objeto físico;[087] - at least one means for measuring fields of the physical object;

[088] - um processamento adaptado para receber a saída do pelo menos um meio para medir campos do objeto físico e adaptado para realizar o método conforme descrito acima.[088] - a processing adapted to receive the output of at least one means for measuring fields of the physical object and adapted to perform the method as described above.

[089] Os aspectos particulares e preferenciais da invenção são apresentados nas reivindicações independentes e dependentes anexas. Os recursos das reivindicações dependentes podem ser combinados com os recursos das reivindicações independentes e com os recursos de outras reivindicações dependentes conforme apropriado e não meramente conforme apresentado de modo explícito nas reivindicações. Similarmente, recursos opcionais e/ou padrão dos diferentes aspectos podem ser combinados conforme apropriado e não apenas conforme explicitamente estabelecido nas reivindicações. Estes e outros aspectos da invenção serão evidentes a partir de e elucidados com referência à modalidade (ou modalidades) descrita adiante.[089] The particular and preferred aspects of the invention are presented in the attached independent and dependent claims. Features of dependent claims may be combined with features of independent claims and with features of other dependent claims as appropriate and not merely as explicitly set forth in the claims. Similarly, optional and/or standard features of the different aspects may be combined as appropriate and not only as explicitly set forth in the claims. These and other aspects of the invention will be apparent from and elucidated with reference to the embodiment (or modalities) described below.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURASBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

[090] A Figura 1 ilustra um método de acordo com as modalidades da presente invenção.[090] Figure 1 illustrates a method according to embodiments of the present invention.

[091] A Figura 2 ilustra um método de acordo com as modalidades da presente invenção.[091] Figure 2 illustrates a method according to embodiments of the present invention.

[092] As Figuras 3A a 3C ilustram a criação de um modelo de acordo com as modalidades da presente invenção.[092] Figures 3A to 3C illustrate the creation of a model according to embodiments of the present invention.

[093] As Figuras 4A a 4C ilustram uma etapa de registro de modelo de acordo com as modalidades da presente invenção.[093] Figures 4A to 4C illustrate a model registration step in accordance with embodiments of the present invention.

[094] As Figuras 5A a 5C ilustram a criação de um modelo numérico (eletro)mecânico fotorrealista de acordo com as modalidades da presente invenção.[094] Figures 5A to 5C illustrate the creation of a photorealistic numerical (electro)mechanical model in accordance with embodiments of the present invention.

[095] A Figura 6 ilustra uma medição das imagens da máquina e/ou componente (eletro)mecânico físico de acordo com as modalidades da presente invenção.[095] Figure 6 illustrates a measurement of images of the machine and/or physical (electro)mechanical component according to embodiments of the present invention.

[096] As Figuras 7A a 7D ilustram uma etapa ou fase de estimativa de acordo com as modalidades da presente invenção. A Figura 8 ilustra um fluxo de trabalho de um método de acordo com as modalidades específicas da presente invenção.[096] Figures 7A to 7D illustrate an estimation step or phase in accordance with embodiments of the present invention. Figure 8 illustrates a workflow of a method in accordance with specific embodiments of the present invention.

[097] A Figura 9 ilustra possíveis sistemas de hardware-software de acordo com as modalidades da presente invenção.[097] Figure 9 illustrates possible hardware-software systems according to embodiments of the present invention.

[098] A Figura 10 ilustra um sumário de um método de acordo com as modalidades da presente invenção.[098] Figure 10 illustrates a summary of a method according to embodiments of the present invention.

[099] As figuras são apenas esquemáticas e não são limitantes. Nas Figuras, o tamanho de alguns dos elementos pode ser exagerado e não desenhado em escala por propósitos ilustrativos. Quaisquer referências numéricas nas reivindicações não devem ser interpretadas como limitantes ao escopo.[099] The figures are schematic only and are not limiting. In the Figures, the size of some of the elements may be exaggerated and not drawn to scale for illustrative purposes. Any numerical references in the claims should not be construed as limiting the scope.

[0100] Nas diferentes Figuras, as mesmas referências numéricas se referem a elementos iguais ou análogos.[0100] In the different Figures, the same numerical references refer to the same or similar elements.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES ILUSTRATIVASDETAILED DESCRIPTION OF THE ILLUSTRATIVE EMBODIMENTS

[0101] A presente invenção será descrita em relação às modalidades particulares e com referência a certas Figuras, mas a invenção não é limitada às mesmas, mas apenas pelas reivindicações. As Figuras descritas são apenas esquemáticas e não são limitantes. Nas Figuras, o tamanho de alguns dos elementos pode ser exagerado e não desenhado em escala por propósitos ilustrativos. As dimensões e as dimensões relativas não correspondem às reduções reais para a prática da invenção.[0101] The present invention will be described in relation to particular embodiments and with reference to certain Figures, but the invention is not limited thereto, but only by the claims. The Figures described are schematic only and are not limiting. In the Figures, the size of some of the elements may be exaggerated and not drawn to scale for illustrative purposes. The dimensions and relative dimensions do not correspond to the actual reductions for practicing the invention.

[0102] Além disto, os termos primeiro, segundo e similares na descrição e nas reivindicações são usados para distinguir entre elementos simulares e não necessariamente para descrever uma sequência, seja temporal, espacial, em classificação ou de qualquer outra maneira. Deve- se entender que os termos assim usados são intercambiáveis sob circunstâncias apropriadas e que as modalidades da invenção descritas no presente documento são capazes de operação em outras sequências além das descritas ou ilustradas no presente documento. Além disto, os termos superior, inferior e similares na descrição e nas reivindicações são usados para propósitos descritivos e não necessariamente para descrever posições relativas. Deve-se entender que os termos assim usados são intercambiáveis sob circunstâncias apropriadas e que as modalidades da invenção descritas no presente documento são capazes de operação em outras orientações além das descritas ou ilustradas no presente documento.[0102] Furthermore, the terms first, second and similar in the description and claims are used to distinguish between simulative elements and not necessarily to describe a sequence, whether temporal, spatial, in classification or in any other way. It should be understood that the terms so used are interchangeable under appropriate circumstances and that the embodiments of the invention described herein are capable of operation in sequences other than those described or illustrated herein. Furthermore, the terms upper, lower and similar terms in the description and claims are used for descriptive purposes and not necessarily to describe relative positions. It should be understood that the terms so used are interchangeable under appropriate circumstances and that the embodiments of the invention described herein are capable of operation in orientations other than those described or illustrated herein.

[0103] Deve-se perceber que o termo “que compreende”, usado nas reivindicações, não deve ser interpretado como estando restrito aos mesmos listados em seguida; o mesmo não exclui outros elementos ou etapas. O mesmo deve ser, portanto, interpretado como especificação da presença dos recursos, números inteiros, etapas ou componentes determinados conforme denominados, mas não exclui a presença ou a adição de um ou mais outros recursos, números inteiros, etapas ou componente ou grupos dos mesmos. Assim, o escopo da expressão “um dispositivo que compreende os meios A e B” não deve ser limitado a dispositivos que consistem apenas nos componentes A e B. Isto significa que, em relação à presente invenção, os únicos componentes relevantes do dispositivo são A e B. A referência ao longo deste relatório descritivo a "uma (numeral) modalidade" ou "uma (artigo indefinido) modalidade" significa que um recurso, estrutura ou característica particular descria em relação à modalidade está incluída em pelo menos uma modalidade da presente invenção. Portanto, o aparecimento das frases "numa (numeral) modalidade" ou "numa (artigo indefinido) modalidade" em vários lugares ao longo deste relatório descritivo não se refere necessariamente à mesma modalidade, mas pode se referir. Além disto, os recursos, estruturas ou características particulares podem ser combinados de qualquer maneira adequada, conforme será percebido por uma pessoa de habilidade comum na técnica desta divulgação, numa ou mais modalidades.[0103] It should be noted that the term “comprising”, used in the claims, should not be interpreted as being restricted to those listed below; it does not exclude other elements or steps. The same shall therefore be interpreted as specifying the presence of the features, integers, steps or components determined as named, but does not exclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps or component or groups thereof . Thus, the scope of the expression “a device comprising means A and B” should not be limited to devices consisting only of components A and B. This means that, in relation to the present invention, the only relevant components of the device are A and B. Reference throughout this specification to "a (numeral) embodiment" or "an (indefinite article) embodiment" means that a particular feature, structure or characteristic described in connection with the embodiment is included in at least one embodiment of the present invention. Therefore, the appearance of the phrases "in a (numeral) modality" or "in an (indefinite article) modality" in various places throughout this specification does not necessarily refer to the same modality, but may. Furthermore, the particular features, structures or characteristics may be combined in any suitable manner, as will be appreciated by a person of ordinary skill in the art of this disclosure, in one or more embodiments.

[0104] Similarmente, pode ser percebido que, na descrição de modalidades exemplificativas da invenção, vários recursos da invenção são algumas vezes agrupados em conjunto numa única modalidade, figura ou descrição dos mesmos para o propósito de simplificar a divulgação e auxiliar no entendimento de um ou mais dos vários aspectos inventivos. Este método da divulgação, no entanto, não deve ser interpretado como reflexo de uma intenção de que a invenção reivindicada exija mais recursos do que expressamente referidos em cada reivindicação. Em vez disto, como as reivindicações a seguir refletem, os aspectos inventivos repousam em menos que todos os recursos de uma única modalidade anterior divulgada. Portanto, as reivindicações após a descrição detalhada estão expressamente incorporadas ao presente documento desta descrição detalhada, em que cada reivindicação se sustenta como uma modalidade separada desta invenção.[0104] Similarly, it can be seen that, in the description of exemplary embodiments of the invention, various features of the invention are sometimes grouped together into a single embodiment, figure or description thereof for the purpose of simplifying the disclosure and assisting in the understanding of a or more of the various inventive aspects. This method of disclosure, however, should not be interpreted as reflecting an intention that the claimed invention requires more resources than expressly stated in each claim. Instead, as the following claims reflect, the inventive aspects rest on less than all the features of a single prior disclosed embodiment. Therefore, the claims following the detailed description are expressly incorporated herein into this detailed description, wherein each claim stands as a separate embodiment of this invention.

[0105] Além disto, embora algumas modalidades descritas no presente documento incluam alguns, mas não outros, recursos incluídos em outras modalidades, combinações de recursos de modalidades diferentes não devem estar dentro do escopo da invenção e formam modalidades diferentes, conforme será entendido por aqueles versados na técnica. Por exemplo, nas reivindicações a seguir, qualquer uma das modalidades reivindicadas pode ser usada em combinação. Na descrição fornecida no presente documento, inúmeros detalhes específicos são apresentados. Entretanto, entende-se que as modalidades da invenção podem ser praticadas sem estes detalhes específicos. Em outras instâncias, métodos, estruturas e técnicas bem conhecidos não foram mostrados em detalhes a fim de não obscurecer um entendimento desta descrição.[0105] Furthermore, although some embodiments described herein include some, but not other, features included in other embodiments, combinations of features from different embodiments should not be within the scope of the invention and form different embodiments, as will be understood by those versed in the technique. For example, in the following claims, any of the claimed embodiments can be used in combination. In the description provided in this document, numerous specific details are presented. However, it is understood that embodiments of the invention may be practiced without these specific details. In other instances, well-known methods, structures and techniques have not been shown in detail so as not to obscure an understanding of this description.

[0106] Num primeiro aspecto, conforme evidenciado na Figura 1, a presente invenção fornece métodos para detectar uma máquina e/ou componente eletromecânico físico, sendo que o método compreende fornecer um modelo numérico eletromecânico fotorrealista da máquina e/ou componente eletromecânico físico e realizar uma etapa de estimativa. A etapa de estimativa compreende uma etapa de medição e estimativa, sendo que a etapa de medição compreende gravar a máquina e/ou componente eletromecânico físico e adquirir uma ou mais imagens ou vídeos da máquina e/ou componente eletromecânico físico, e sendo que a etapa de estimativa compreende realizar uma simulação de tempo do modelo numérico eletromecânico fotorrealista para criar imagens fotorrealistas simuladas do modelo numérico eletromecânico e comparar as imagens e/ou vídeos simulados às imagens e/ou vídeos da máquina eletromecânica física e, portanto, "detectar" a máquina e/ou componente eletromecânico físico dentro de um algoritmo de estimativa. Em modalidades adicionais, conforme evidenciado na Figura 2, fornecer um modelo numérico eletromecânico fotorrealista da máquina e/ou componente eletromecânico físico pode ser habilitado numa etapa de calibração, criando-se um modelo numérico da máquina e/ou componente eletromecânico físico e texturizando o modelo numérico com pelo menos uma imagem da máquina e/ou componente eletromecânico físico. Como um resultado, as modalidades da presente invenção descrevem um fluxo de trabalho e metodologia para aumentar os modelos numéricos de sistemas e/ou objetos físicos. Mais especificamente, para aumentar os modelos numéricos com medições de campo, por exemplo, imagens e/ou vídeos da máquina e/ou componente eletromecânico físico. Este aumento pode ser obtido texturizando-se o modelo numérico usando imagens e/ou vídeos da máquina e/ou componente eletromecânico físico.[0106] In a first aspect, as evidenced in Figure 1, the present invention provides methods for detecting a machine and/or physical electromechanical component, the method comprising providing a photorealistic electromechanical numerical model of the machine and/or physical electromechanical component and performing an estimation step. The estimation step comprises a measurement and estimation step, wherein the measurement step comprises recording the machine and/or physical electromechanical component and acquiring one or more images or videos of the machine and/or physical electromechanical component, and wherein the step estimation comprises performing a time simulation of the photorealistic electromechanical numerical model to create simulated photorealistic images of the electromechanical numerical model and comparing the simulated images and/or videos to the images and/or videos of the physical electromechanical machine and therefore "detecting" the machine and/or physical electromechanical component within an estimation algorithm. In additional embodiments, as evidenced in Figure 2, providing a photorealistic electromechanical numerical model of the machine and/or physical electromechanical component can be enabled in a calibration step by creating a numerical model of the machine and/or physical electromechanical component and texturing the model numeric with at least one image of the machine and/or physical electromechanical component. As a result, embodiments of the present invention describe a workflow and methodology for augmenting numerical models of systems and/or physical objects. More specifically, to augment numerical models with field measurements, e.g. images and/or videos of the machine and/or physical electromechanical component. This increase can be obtained by texturing the numerical model using images and/or videos of the machine and/or physical electromechanical component.

[0107] As imagens ou vídeos da máquina e/ou componente eletromecânico físico podem ser obtidas a partir de qualquer hardware de aquisição dedicado a capturar imagens, por exemplo, câmeras de foto/vídeo digitais.[0107] Images or videos of the machine and/or physical electromechanical component can be obtained from any acquisition hardware dedicated to capturing images, e.g., digital photo/video cameras.

[0108] De acordo com modalidades da presente invenção, as imagens ou vídeos são imagens ou vídeos bidimensionais.[0108] According to embodiments of the present invention, the images or videos are two-dimensional images or videos.

[0109] Nas modalidades da presente invenção, o modelo numérico eletromecânico fotorrealista é criado de modo que o (partes do) mesmo se assemelhe estreitamente com a aparência da máquina e/ou componente eletromecânico que é imageada devido ao hardware (por exemplo, câmeras de foto e vídeo) e software de aquisição. Esta semelhança é denominada "fotoconsistência". O modelo numérico eletromecânico fotorrealista criado permite a visualização fotorrealista sob diferentes condições (por exemplo, repouso, movimento, estado deformado, temperatura) a serem subsequentemente usadas para obter imagens e/ou vídeos de tal modelo numérico eletromecânico fotorrealista.[0109] In embodiments of the present invention, the photorealistic electromechanical numerical model is created such that (parts of) it closely resembles the appearance of the machine and/or electromechanical component that is imaged due to the hardware (e.g., video cameras). photo and video) and acquisition software. This similarity is called "photoconsistency". The created photorealistic electromechanical numerical model allows photorealistic visualization under different conditions (e.g., rest, motion, deformed state, temperature) to be subsequently used to obtain images and/or videos of such photorealistic electromechanical numerical model.

[0110] O modelo numérico eletromecânico fotorrealista pode ser aumentado com uma visualização (partes) das grandezas estimadas eletromecânicas que são de interesse ao usuário das modalidades da presente invenção.[0110] The photorealistic electromechanical numerical model can be augmented with a visualization (parts) of the estimated electromechanical quantities that are of interest to the user of embodiments of the present invention.

[0111] Nas abordagens de estimativa atuais do estado da técnica, os dados obtidos a partir dos sensores de campo são transformados em variáveis que podem ser encontradas diretamente no objeto virtual (por exemplo, imagens de câmera são transformadas no movimento de um número limitado de pontos que podem, então, ser comparados ao movimento dos mesmos pontos num modelo mecânico). Entretanto, nas modalidades da presente invenção, o modelo numérico eletromecânico fotorrealista é criado, tal como para se comportar visualmente como a máquina e/ou componente eletromecânico físico. Como tais, as imagens do modelo numérico eletromecânico fotorrealista podem ser diretamente comparadas às imagens da máquina e/ou componente eletromecânico, por exemplo, em seu ambiente de trabalho.[0111] In current prior art estimation approaches, data obtained from field sensors are transformed into variables that can be found directly in the virtual object (e.g., camera images are transformed into the movement of a limited number of points that can then be compared to the movement of the same points in a mechanical model). However, in embodiments of the present invention, the photorealistic electromechanical numerical model is created, such as to visually behave like the machine and/or physical electromechanical component. As such, the images of the photorealistic electromechanical numerical model can be directly compared to images of the machine and/or electromechanical component, for example, in your working environment.

[0112] A comparação pode ser baseada em métodos que pertencem ao campo da correspondência de imagem digital (DIC), comparando intensidades de pixel, por meio da estimativa de movimento, devido à extração de recurso ou qualquer outro meio adequado. As técnicas de estimativa podem ser subsequentemente aplicadas por meio de, por exemplo, filtro de Kalman, Estimativa de Horizonte Móvel (MHE) ou observadores de Luenberger. Esta etapa é preferencial para alcançar estimativas de grandezas eletromecânicas desconhecidas, tais como "campos distribuídos" (por exemplo, deslocamentos, velocidades, estresses, deformações, acelerações, temperaturas, etc.), "medições localizadas" (por exemplo, deslocamentos, velocidades, estresses/deformações mecânicas e térmicas, acelerações, temperaturas, etc.), "estados de sistema", cargas de entrada ou internas desconhecidas ou qualquer tipo de "entrada" (por exemplo, forças, torques, fontes térmicas, tensão, etc.) e/ou "parâmetros" (dimensões geométricas, rigidez, massa, densidade, propriedades de material, etc.) - possivelmente variando no tempo. Campos distribuídos, excitações desconhecidas, estados de sistema de medições localizadas e parâmetros são adicional e anteriormente denominados grandezas eletromecânicas estimadas.[0112] The comparison may be based on methods belonging to the field of digital image matching (DIC), comparing pixel intensities, through motion estimation, due to feature extraction or any other suitable means. Estimation techniques can be subsequently applied through, for example, Kalman filter, Moving Horizon Estimation (MHE) or Luenberger observers. This step is preferred to achieve estimates of unknown electromechanical quantities, such as "distributed fields" (e.g. displacements, velocities, stresses, deformations, accelerations, temperatures, etc.), "localized measurements" (e.g. displacements, velocities, mechanical and thermal stresses/deformations, accelerations, temperatures, etc.), "system states", unknown input or internal loads or any type of "input" (e.g. forces, torques, thermal sources, voltage, etc.) and/or "parameters" (geometric dimensions, stiffness, mass, density, material properties, etc.) - possibly varying over time. Distributed fields, unknown excitations, localized measurement system states and parameters are additionally and previously called estimated electromechanical quantities.

[0113] O alcance de estimativas precisas de variáveis conforme definido acima está ligado a uma ou mais das diversas etapas.[0113] Achieving accurate estimates of variables as defined above is linked to one or more of several steps.

[0114] As modalidades da presente invenção fornecem um processo numérico/experimental que compreende uma ou mais das seguintes etapas ou aspectos: uma etapa de preparação e uma etapa de estimativa. Através do qual, a etapa de preparação pode compreender uma definição de modelo e etapa de criação e um "aumento" fotorrealista do modelo numérico eletromecânico. A etapa de estimativa pode compreende uma fase de medição e uma fase de estimativa e, mais especificamente, uma estimativa baseada em modelo fotorrealista.[0114] Embodiments of the present invention provide a numerical/experimental process comprising one or more of the following steps or aspects: a preparation step and an estimation step. Whereby, the preparation step may comprise a model definition and creation step and a photorealistic "augmentation" of the electromechanical numerical model. The estimation step may comprise a measurement phase and an estimation phase and, more specifically, an estimation based on a photorealistic model.

[0115] Conforme indicado, em geral, um método de acordo com as modalidades da presente invenção pode ser dividido em duas fases principais. Uma fase de preparação pode compreender o seguinte: etapas em quem o modelo numérico eletromecânico é preparado, registrado e convertido num modelo numérico eletromecânico fotorrealista de acordo com as modalidades da presente invenção. Entretanto, outras técnicas alternativas conhecidas na técnica, que levam ao mesmo resultado que a fase de preparação como, por exemplo, um modelo numérico eletromecânico fotorrealista, podem também ser usadas diretamente como uma entrada à fase de estimativa quando disponíveis por outros meios. De acordo com algumas modalidades da presente invenção, a carga computacional da simulação do modelo numérico eletromecânico fotorrealista é reduzida através de técnicas de redução de ordem de modelo.[0115] As indicated, in general, a method according to embodiments of the present invention can be divided into two main phases. A preparation phase may comprise the following: steps in which the electromechanical numerical model is prepared, recorded, and converted into a photorealistic electromechanical numerical model in accordance with embodiments of the present invention. However, other alternative techniques known in the art, which lead to the same result as the preparation phase, such as a photorealistic electromechanical numerical model, can also be used directly as an input to the estimation phase when available by other means. In accordance with some embodiments of the present invention, the computational burden of simulating the photorealistic electromechanical numerical model is reduced through model order reduction techniques.

[0116] A fase de estimativa de acordo com as modalidades compreende uma fase de medição em que imagens digitais ou vídeos da máquina e/ou componente eletromecânico são adquiridas juntamente com a série de tempo de outros sensores opcionais e uma fase de estimativa correta em que os valores das variáveis desejadas são avaliados. A fase de estimativa usa vantajosamente um modelo numérico eletromecânico fotorrealista no contexto da estimativa. As imagens ou vídeos de acordo com as modalidades da presente invenção compreendem imagens ou vídeos bidimensionais.[0116] The estimation phase according to the embodiments comprises a measurement phase in which digital images or videos of the machine and/or electromechanical component are acquired together with the time series of other optional sensors and a correct estimation phase in which the values of the desired variables are evaluated. The estimation phase advantageously uses a photorealistic electromechanical numerical model in the estimation context. Images or videos according to embodiments of the present invention comprise two-dimensional images or videos.

[0117] Nas modalidades da presente invenção, uma fase ou etapa de preparação pode ser fornecida. A referida fase ou etapa de calibração pode compreender (1) uma etapa de definição de modelo, (2) uma etapa de registro de modelo e (3) uma criação de modelo de fotorrealista.[0117] In embodiments of the present invention, a preparation phase or step may be provided. Said calibration phase or step may comprise (1) a model definition step, (2) a model registration step and (3) a photorealistic model creation.

[0118] Uma etapa de criação de modelo de acordo com as modalidades da presente invenção pode compreender uma etapa de criação, através da qual um método numérico é usado para criar uma representação numérica de uma máquina e/ou componente eletromecânico físico, em que as variáveis devem ser estimadas. Em particular, métodos que permitem uma representação 2D ou 3D da máquina e/ou componente eletromecânico físico (por exemplo, uma visualização realista ou fotoconsistência) são usados. As Figuras 3A a 3C ilustram a definição e a criação de um modelo de acordo com as modalidades da presente invenção. Como uma primeira etapa, a geometria do modelo é criada, como, por exemplo, por nuvem de pontos, CAD, etc. Então, a discretização do modelo é realizada, como, por exemplo, modelo de elemento finito (FEM), um modelo de multicorpo flexível, etc.[0118] A model creation step in accordance with embodiments of the present invention may comprise a creation step, whereby a numerical method is used to create a numerical representation of a machine and/or physical electromechanical component, wherein the variables must be estimated. In particular, methods that allow a 2D or 3D representation of the machine and/or physical electromechanical component (e.g., a realistic visualization or photoconsistency) are used. Figures 3A to 3C illustrate the definition and creation of a model in accordance with embodiments of the present invention. As a first step, the model geometry is created, for example by point cloud, CAD, etc. Then, discretization of the model is performed, such as a finite element model (FEM), a flexible multibody model, etc.

[0119] Como uma ilustração, as Figuras 3A e 3B ilustram FEMs estruturais de um componente (eletro)mecânico, por exemplo, estruturas de viga simples. Mais especificamente, a Figura 3A ilustra uma vista superior de um modelo FEM de uma viga, enquanto que a Figura 3B ilustra um modelo FEM de uma viga em formato de L. A Figura 3C ilustra um modelo de multicorpo flexível detalhado de uma suspensão de veículo. Nas modalidades, a reconstrução de formato completa ou parcial da máquina e/ou componente eletromecânico é refletida no modelo. É preferencial, porém sem limitar a invenção, que o método escolhido tenha a capacidade para representar variáveis distribuídas, tais como posições, acelerações, velocidades, deformações mecânicas e térmicas, estresses, temperaturas, etc. Modelos numéricos e métodos de modelagem podem ser, porém sem limitação: (a) elementos finitos (lineares e não lineares), volumes finitos, diferenças finitas, modelos de multicorpo e multicorpo flexível, modelos isogeométricos, etc.; (2) uma escolha possível são métodos de modelagem que permitem a discretizar sistemas de equações algébricas, diferenciais ordinárias, diferenciais parciais e algébricas diferenciais; e (3) uma escolha adicional de métodos de modelagem que permitem uma representação contínua da máquina e/ou componente eletromecânico é também possível.[0119] As an illustration, Figures 3A and 3B illustrate structural FEMs of an (electro)mechanical component, for example, simple beam structures. More specifically, Figure 3A illustrates a top view of a FEM model of a beam, while Figure 3B illustrates a FEM model of an L-shaped beam. Figure 3C illustrates a detailed flexible multibody model of a vehicle suspension. . In embodiments, the complete or partial shape reconstruction of the machine and/or electromechanical component is reflected in the model. It is preferred, but without limiting the invention, that the chosen method has the ability to represent distributed variables, such as positions, accelerations, speeds, mechanical and thermal deformations, stresses, temperatures, etc. Numerical models and modeling methods may be, but are not limited to: (a) finite elements (linear and non-linear), finite volumes, finite differences, multibody and flexible multibody models, isogeometric models, etc.; (2) a possible choice is modeling methods that allow to discretize systems of algebraic, ordinary differential, partial differential and differential algebraic equations; and (3) a further choice of modeling methods that allow a continuous representation of the machine and/or electromechanical component is also possible.

[0120] Os exemplos típicos são modelos de elemento finitos térmicos e estruturais de componentes mecânicos e sistemas de multicorpo flexível de mecanismos conforme encontrado em todas as maquinarias, veículos, produção de energia, modelos eletromecânicos, etc. Estes modelos 3D podem ser baseados em figuras de projeto CAD ou varreduras 3D da máquina e/ou componente eletromecânico. Falando de modo geral, modelos numéricos 2D e 3D que são capazes de representar campos distribuídos são computacionalmente dispendiosos. Neste caso, técnicas, tais como Redução de Ordem de Modelo ("MOR") linear e não linear, são a escolha preferencial para ganhar em velocidade computacional com perdas de precisão menores.[0120] Typical examples are thermal and structural finite element models of mechanical components and flexible multibody systems of mechanisms as found in all machinery, vehicles, power production, electromechanical models, etc. These 3D models can be based on CAD design figures or 3D scans of the machine and/or electromechanical component. Generally speaking, 2D and 3D numerical models that are capable of representing distributed fields are computationally expensive. In this case, techniques such as linear and non-linear Model Order Reduction ("MOR") are the preferred choice to gain computational speed with lower accuracy losses.

[0121] Diversas ferramentas comerciais e de pesquisa estão disponíveis para realizar a definição e criação de modelo. Idealmente, o modelo numérico eletromecânico deve ser cuidadosamente atualizado para ajustar o comportamento da máquina e/ou componente eletromecânico físico em relação, por exemplo, a características estáticas e dinâmicas ou qualquer outra característica ou comportamento de interesse.[0121] Various commercial and research tools are available to perform model definition and creation. Ideally, the electromechanical numerical model should be carefully updated to adjust the behavior of the machine and/or physical electromechanical component with respect to, for example, static and dynamic characteristics or any other characteristic or behavior of interest.

[0122] Após a criação do modelo numérico eletromecânico fotorrealista, numa etapa seguinte de acordo com as modalidades da presente invenção, um registro de modelo pode ser realizado. O registro de modelo pode compreender pelo menos uma das seguintes etapas: uma etapa de reconstrução de formato, atualizar a geometria do modelo e posicionar e alterar a orientação da máquina e/ou componente virtual e eletromecânico de acordo com um dos diversos métodos conhecidos na técnica.[0122] After creating the photorealistic electromechanical numerical model, in a next step according to the embodiments of the present invention, a model registration can be carried out. Model registration may comprise at least one of the following steps: a shape reconstruction step, updating the model geometry, and positioning and changing the orientation of the machine and/or virtual and electromechanical component according to one of several methods known in the art. .

[0123] Diferentes métodos podem ser usados a fim de aumentar a precisão da comparação entre as imagens da máquina e/ou componente eletromecânico físico e as imagens do modelo numérico eletromecânico fotorrealista adicionando-se mais "granularidade" ou "contraste" à máquina e/ou componente eletromecânico físico. Os métodos podem ser (porém sem limitação): aplicação de marcadores ou padrões de alto contraste por meio de, por exemplo, tinta spray, adesivos ou qualquer meio que possa ser usado para rastrear precisamente sua geometria. Esta última etapa não é necessária, e os recursos naturais (superficiais) de máquina e/ou componente eletromecânico físico podem ser usados quando a precisão permitir.[0123] Different methods can be used in order to increase the accuracy of the comparison between the images of the machine and/or physical electromechanical component and the images of the photorealistic electromechanical numerical model by adding more "granularity" or "contrast" to the machine and/or or physical electromechanical component. Methods may be (but are not limited to): applying high contrast markers or patterns via, for example, spray paint, stickers or any means that can be used to precisely trace their geometry. This last step is not necessary, and the natural (surface) features of the machine and/or physical electromechanical component can be used when precision allows.

[0124] Em modalidades adicionais da presente invenção, a etapa do registro de modelo pode compreender modificar a geometria, localização, orientação no espaço do objeto virtual a fim de corresponder estreitamente as mesmas características (geométricas) da máquina e/ou componente eletromecânico em relação a um quadro de referência escolhido comum. Esta etapa pode ser alcançada por rotinas de otimização que permitem um alinhamento e posicionamento no espaço precisos. Em particular, dois ou mais pontos numa configuração de referência podem ser usados para criar uma correspondência direta entre a geometria de modelo numérico e a geometria de sistema/componente físico no espaço. Estes pontos são chamados de pontos de controle e são usados para orientar o modelo numérico tão precisamente quanto possível e alinham o mesmo ao sistema/componente físico. A última abordagem é apenas uma possibilidade que pode ser usada e o enquadramento geral não é restringido à mesma. Qualquer método que permita um alinhamento correto e correspondência geométrica entre a geometria do modelo numérico e o sistema/componente físico pode ser usado.[0124] In additional embodiments of the present invention, the model registration step may comprise modifying the geometry, location, orientation in space of the virtual object in order to closely match the same (geometric) characteristics of the machine and/or electromechanical component in relation to to a common chosen frame of reference. This step can be achieved by optimization routines that allow precise alignment and positioning in space. In particular, two or more points in a reference configuration can be used to create a direct correspondence between numerical model geometry and physical system/component geometry in space. These points are called control points and are used to orient the numerical model as precisely as possible and align it with the physical system/component. The last approach is just one possibility that can be used and the general framework is not restricted to it. Any method that allows correct alignment and geometric correspondence between the numerical model geometry and the physical system/component can be used.

[0125] As Figuras 4A a 4C ilustram o registro de modelo de acordo com as modalidades da presente invenção, em que a Figura 4A ilustra uma imagem de uma máquina e/ou componente (eletro)mecânico que é fixado e, mais especificamente, uma viga cantiléver intensificada com um padrão granulado. A Figura 4B ilustra a reconstrução de modelo e, mais especificamente, as reconstruções de nuvem de pontos de máquina e/ou componente (eletro)mecânico. O resultado de uma reconstrução de formato 3D é fornecido em que uma nuvem de pontos é obtida. Finalmente, a Figura 4C ilustra um modelo de elemento finito (FE) atualizado da viga cantiléver, em que o modelo numérico é atualizado e sua orientação alterada de modo que o mesmo seja um modelo de FE orientado e posicionado similarmente à máquina e/ou componente (eletro)mecânico físico. Mais especificamente, a superfície do modelo de FE numérico corresponde à nuvem de pontos e é orientada como o objeto fornecido na Figura 4A. Para habilitar o anterior, um software de aquisição de imagens de rastreamento de movimento pode ser usado: por exemplo, aquisição de imagem e vídeo, rastreamento de blob, detecção de recursos, etc.[0125] Figures 4A to 4C illustrate model registration according to embodiments of the present invention, wherein Figure 4A illustrates an image of a machine and/or (electro)mechanical component that is fixed and, more specifically, a intensified cantilever beam with a grain pattern. Figure 4B illustrates model reconstruction and, more specifically, machine and/or (electro)mechanical component point cloud reconstructions. The result of a 3D shape reconstruction is provided in which a point cloud is obtained. Finally, Figure 4C illustrates an updated finite element (FE) model of the cantilever beam, in which the numerical model is updated and its orientation changed so that it is an FE model oriented and positioned similarly to the machine and/or component. physical (electro)mechanical. More specifically, the surface of the numerical FE model corresponds to the point cloud and is oriented like the object given in Figure 4A. To enable the above, motion tracking image acquisition software can be used: e.g. image and video acquisition, blob tracking, feature detection, etc.

[0126] Pelo menos um dispositivo de medição de campo pode ser usado, através do qual, estes dispositivos poderiam ser, porém sem limitação (nesta invenção, o uso de câmeras de foto e vídeo em meios preferenciais, mas diferentes pode ainda ser usado no enquadramento desta invenção, estes outros meios podem aumentar ou diminuir o preço da instalação, restringir ou estender sua aplicabilidade industrial e aumentar ou reduzir sua precisão): (a) câmeras de foto ou vídeo, em que a qualidade das imagens é, de preferência, relativamente alta e livre de ruído, adicionalmente, imagens estáticas podem ser usadas, a promediação de múltiplas imagens pode melhorar o uso de câmeras de baixo custo, e, dependendo da precisão desejada, as câmeras podem variar de mídias de baixa fidelidade, tais como webcams, a câmeras megapixel de alta fidelidade e alta velocidade. De acordo com as modalidades da presente invenção, pelo menos imagens ou vídeos 2D são usados. Imagens e vídeos podem ser adquiridos em escala de cinza e/ou em cor (por exemplo, 8 bits e acima), (b) um meio de imaginologia magnético, como, por exemplo, um digitalizador de MRI, em que estes digitalizadores realizam imaginologia baseada na resposta magnética do objeto sob pesquisa. Estes digitalizadores são frequentemente combinados com métodos de tomografia a fim de construir informações 3D completas. Esta última etapa não é, entretanto, necessária para os propósitos de estimativa discutidos neste trabalho; (c) um meio de imaginologia radiográfico como, por exemplo, imaginologia de Raios X, através do qual estes dispositivos realizam imaginologia de campo de um objeto baseada em princípios radiográficos e é particularmente adequado para obter informações dentro de um objeto; (d) dispositivos de medição de distância e detecção de luz de varredura ou estado sólido, como, por exemplo, LiDar, que fornecem um campo de informações da distância de um grande número de pontos em relação ao sensor e (e) meios de imaginologia termográficos ou câmeras, que, capturando a luz na faixa infravermelha (em vez de na faixa visível como uma câmera fotográfica), podem ser usados para detectar temperaturas e também podem ser usados na ausência de fontes de luz.[0126] At least one field measurement device can be used, whereby these devices could be, but without limitation (in this invention, the use of photo and video cameras in preferred but different media can still be used in the Within the framework of this invention, these other means may increase or decrease the price of the installation, restrict or extend its industrial applicability and increase or reduce its precision): (a) photo or video cameras, in which the quality of the images is, preferably, relatively high and noise-free, additionally, still images can be used, multi-image mediation can improve the use of low-cost cameras, and, depending on the desired accuracy, cameras can range from low-fidelity media such as webcams , high-fidelity, high-speed megapixel cameras. According to embodiments of the present invention, at least 2D images or videos are used. Images and videos can be acquired in grayscale and/or color (e.g., 8-bit and above), (b) a magnetic imaging medium, such as an MRI scanner, on which these scanners perform imaging based on the magnetic response of the object under research. These scanners are often combined with tomography methods in order to construct complete 3D information. This last step is not, however, necessary for the estimation purposes discussed in this paper; (c) a means of radiographic imaging such as, for example, X-ray imaging, whereby these devices perform field imaging of an object based on radiographic principles and is particularly suitable for obtaining information within an object; (d) solid-state or scanning light sensing and distance measuring devices, such as LiDar, which provide a field of distance information from a large number of points relative to the sensor, and (e) imaging means thermographics or cameras, which, by capturing light in the infrared range (rather than in the visible range like a still camera), can be used to detect temperatures and can also be used in the absence of light sources.

[0127] Em modalidades adicionais, a transferência de dados da câmera para o PC-alvo pode ser realizada com qualquer tipo de protocolo dependendo da velocidade e da quantidade de dados a serem transferidos, por exemplo, CameraLink, USB3, GiGe, CoaXPress, etc. Esta transferência de dados pode acontecer em tempo real, online ou offline dependendo da aplicação. Em modalidades adicionais, captadores de quadro podem ser usados: dada a quantidade potencialmente grande de dados adquiridos, um captador de quadro pode ser necessário para permitir uma conexão rápida o suficiente entre as câmeras e uma mídia de armazenamento, tal como uma memória RAM, um disco rígido ou um SSD ou qualquer tipo de memória que possa ser usada para este propósito;[0127] In additional embodiments, data transfer from the camera to the target PC can be performed with any type of protocol depending on the speed and amount of data to be transferred, e.g., CameraLink, USB3, GiGe, CoaXPress, etc. . This data transfer can happen in real time, online or offline depending on the application. In additional embodiments, frame grabbers may be used: given the potentially large amount of data acquired, a frame grabber may be necessary to allow a fast enough connection between the cameras and a storage medium, such as a RAM memory, a hard drive or an SSD or any type of memory that can be used for this purpose;

[0128] Em modalidades adicionais da presente invenção, a etapa de preparação pode compreender adicionalmente criar e visualizar um modelo numérico eletromecânico fotorrealista. O procedimento permite criar uma imagem renderizada do modelo numérico de modo que o campo de medição virtual corresponda/se assemelhe estreitamente ao (a parte do) campo medido na máquina e/ou componente eletromecânico - ou, em outras palavras, o modelo numérico se torna fotoconsistente. O modelo criado resultante pode ser denominado "modelo numérico eletromecânico fotorrealista". Este aspecto pode ser realizado por qualquer procedimento de renderização baseado em imagem (por exemplo, mapeamento de textura dependente de vista) ou qualquer procedimento que permita alcançar o mesmo resultado.[0128] In additional embodiments of the present invention, the preparation step may further comprise creating and visualizing a photorealistic electromechanical numerical model. The procedure allows you to create a rendered image of the numerical model such that the virtual measuring field closely matches/resembles the (part of) the field measured in the machine and/or electromechanical component - or, in other words, the numerical model becomes photoconsistent. The resulting created model can be called a "photorealistic electromechanical numerical model". This aspect can be accomplished by any image-based rendering procedure (e.g., view-dependent texture mapping) or any procedure that allows achieving the same result.

[0129] Por exemplo, as imagens da máquina e/ou componente eletromecânico físico armazenadas em qualquer uma das etapas anteriores podem ser usadas, e a cada parte da superfície reconstruída do modelo numérico eletromecânico fotorrealista (por exemplo, composta de triângulos e quadriláteros) é atribuída uma textura específica combinando-se todas ou parte das imagens que cobrem visualmente este remendo de superfície específico. A combinação pode ser obtida, por exemplo, aplicando- se técnicas de interpolação. A interpolação pode ser realizada, por exemplo, selecionando-se pesos proporcionais a uma métrica da distância entre a superfície selecionada e a da câmera. Outros métodos para combinar texturas ou interpolar texturas podem ser aplicados. A interpolação pode respeitar a partição da regra da unidade. Finalmente, um modelo numérico eletromecânico fotorrealista é criado de modo que o mesmo possa ser visualizado de um ou mais diferentes pontos de vista e configurações e que o mesmo se assemelhe visualmente à máquina e/ou componente eletromecânico: numa palavra, seja fotoconsistente com a máquina e/ou componente eletromecânico físico. As imagens fotoconsistentes do modelo numérico eletromecânico ou objeto virtual podem ser obtidas com técnicas, tais como renderização para textura ou qualquer outra técnica que permita o armazenamento de imagens reproduzidas em telas ou dispositivos em geral. A etapa de criação de modelo numérico eletromecânico fotorrealista pode ser realizada por qualquer técnica disponível no estado da técnica, no campo de renderização e modelagem baseada em imagem.[0129] For example, images of the machine and/or physical electromechanical component stored in any of the previous steps can be used, and each part of the reconstructed surface of the photorealistic electromechanical numerical model (e.g., composed of triangles and quadrilaterals) is assigned a specific texture by combining all or part of the images that visually cover this specific surface patch. The combination can be obtained, for example, by applying interpolation techniques. Interpolation can be performed, for example, by selecting weights proportional to a metric of the distance between the selected surface and the camera. Other methods for combining textures or interpolating textures can be applied. Interpolation can respect the partition of unity rule. Finally, a photorealistic electromechanical numerical model is created so that it can be viewed from one or more different points of view and configurations and that it visually resembles the machine and/or electromechanical component: in a word, it is photoconsistent with the machine. and/or physical electromechanical component. Photoconsistent images of the electromechanical numerical model or virtual object can be obtained with techniques such as rendering to texture or any other technique that allows the storage of images reproduced on screens or devices in general. The step of creating a photorealistic electromechanical numerical model can be performed by any technique available in the prior art, in the field of image-based rendering and modeling.

[0130] As Figuras 5A a 5C ilustram a etapa de criação de modelo numérico eletromecânico fotorrealista ou objeto virtual de acordo com as modalidades da presente invenção. Por renderização e modelagem baseada em imagem (por exemplo, por mapeamento de textura dependente de vista), um modelo numérico eletromecânico fotorrealista ou objeto virtual é criado. A Figura 5A ilustra uma imagem de uma máquina e/ou componente eletromecânico físico, por exemplo, uma viga fixada, em que a máquina e/ou componente eletromecânico físico é intensificada com um padrão granulado. Esta imagem é, então, usada para criar um objeto virtual texturizado. A Figura 5B ilustra uma parte aproximada da superfície de modelo de FE (que compreende triângulos) em que a viga é discretizada e sobrepõe os padrões granulados fornecidos pela imagem (a viga granulada na imagem da Figura 5A). Na Figura 5B, textura é atribuída aos triângulos de malha de FE. Finalmente, a Figura 5C ilustra um modelo numérico eletromecânico fotorrealista ou objeto virtual de acordo com as modalidades da presente invenção, mais especificamente, esta figura ilustra um modelo de FE renderizado da viga que se assemelha estreitamente ou é fotoconsistente com a máquina e/ou componente eletromecânico físico representado na Figura 5A. As modalidades da presente invenção compreendem uma etapa operacional, em que a etapa operacional compreende uma etapa de medição e estimativa. Em modalidades preferenciais, a fase ou etapa de medição compreende gravar a máquina e/ou componente eletromecânico físico através de um único ou uma série de vídeos, capturas instantâneas ou imagens. Os mesmos podem ser, porém sem limitação, (a) a máquina e/ou componente eletromecânico físico em repouso em seu ambiente físico; (b) a máquina e/ou componente eletromecânico físico submetido a qualquer tipo de excitação interna ou externa sendo estática, de estado estacionário, temporária, etc. A máquina e/ou componente eletromecânico físico pode ser posicionado num equipamento de teste e pode ser submetido à excitação interna ou externa (incluindo uma excitação zero) que leva a "campos distribuídos deformados". Os mesmos podem ser diferentes dos campos distribuídos (deformados ou não deformados) capturados nestes pontos (a) e (b). Em modalidades preferenciais, a máquina e/ou componente eletromecânico físico submetido a qualquer tipo de excitação interna ou externa sendo estática, de estado estacionário, temporária, etc. A máquina e/ou componente eletromecânico físico pode ser posicionado em seu ambiente de trabalho e pode ser submetido à excitação interna ou externa (incluindo uma excitação zero) que leva a "campos distribuídos deformados". Os mesmos podem ser diferentes dos campos distribuídos (deformados ou não deformados) capturados nestes pontos (a) e (b).[0130] Figures 5A to 5C illustrate the step of creating a photorealistic electromechanical numerical model or virtual object according to embodiments of the present invention. By image-based rendering and modeling (e.g., by view-dependent texture mapping), a photorealistic electromechanical numerical model or virtual object is created. Figure 5A illustrates an image of a machine and/or physical electromechanical component, e.g., a clamped beam, in which the machine and/or physical electromechanical component is intensified with a grainy pattern. This image is then used to create a textured virtual object. Figure 5B illustrates an approximate portion of the FE model surface (comprising triangles) where the beam is discretized and overlays the grainy patterns provided by the image (the grainy beam in the image of Figure 5A). In Figure 5B, texture is assigned to the FE mesh triangles. Finally, Figure 5C illustrates a photorealistic electromechanical numerical model or virtual object in accordance with embodiments of the present invention, more specifically, this figure illustrates a rendered FE model of the beam that closely resembles or is photoconsistent with the machine and/or component. physical electromechanical represented in Figure 5A. Embodiments of the present invention comprise an operational step, wherein the operational step comprises a measuring and estimating step. In preferred embodiments, the measurement phase or step comprises recording the machine and/or physical electromechanical component through a single or a series of videos, snapshots or images. They may be, but are not limited to, (a) the machine and/or physical electromechanical component at rest in its physical environment; (b) the machine and/or physical electromechanical component subjected to any type of internal or external excitation whether static, steady state, temporary, etc. The machine and/or physical electromechanical component may be positioned in a test rig and may be subjected to internal or external excitation (including zero excitation) that leads to "deformed distributed fields". They may be different from the distributed fields (deformed or not deformed) captured at these points (a) and (b). In preferred embodiments, the machine and/or physical electromechanical component is subjected to any type of internal or external excitation being static, steady state, temporary, etc. The machine and/or physical electromechanical component may be positioned in its working environment and may be subjected to internal or external excitation (including zero excitation) that leads to "deformed distributed fields". They may be different from the distributed fields (deformed or not deformed) captured at these points (a) and (b).

[0131] Em modalidades preferenciais, qualquer situação em que campos distribuídos deformados ou distribuídos são criados e são adequados para registro e/ou imagens pode ser tomada (por exemplo, a máquina e/ou componente eletromecânico físico está visível).[0131] In preferred embodiments, any situation in which deformed or distributed distributed fields are created and are suitable for recording and/or imaging can be taken (e.g., the machine and/or physical electromechanical component is visible).

[0132] Seguindo um dos cenários mencionados, uma série de registros de vídeo ou imagens (uma ou mais) é capturada.[0132] Following one of the aforementioned scenarios, a series of video records or images (one or more) are captured.

[0133] O hardware e/ou software potencial que pode ser usado para habilitar a etapa de medição pode ser o seguinte:[0133] Potential hardware and/or software that can be used to enable the measurement step can be as follows:

[0134] • Software de aquisição de imagens e rastreamento de movimento: por exemplo, aquisição de imagem e vídeo, rastreamento de blob, detecção de recursos, etc. Os mesmos podem ser códigos comerciais e de pesquisa.[0134] • Image acquisition and motion tracking software: e.g., image and video acquisition, blob tracking, feature detection, etc. They can be commercial and research codes.

[0135] • Câmeras fotográficas ou de vídeo: Dependendo da precisão desejada, as câmeras podem variar de mídias de baixa fidelidade, tais como webcams, a câmeras megapixel de alta fidelidade e alta velocidade. Imagens e vídeos podem ser adquiridos em escala de cinza ou em cores.[0135] • Still or video cameras: Depending on the desired precision, cameras can range from low-fidelity media, such as webcams, to high-fidelity, high-speed megapixel cameras. Images and videos can be acquired in grayscale or color.

[0136] • Sistema de aquisição de sensor: na fase de medição, outras medições além das medições visuais podem ser adquiridas para complementar as medições visuais, por exemplo, acelerações, velocidades, posições, deformações, temperaturas, etc. Sistemas de aquisição de dados dedicados (DAQs) podem ser usados para este propósito após procedimentos de medições padrão.[0136] • Sensor acquisition system: in the measurement phase, measurements other than visual measurements can be acquired to complement visual measurements, for example, accelerations, speeds, positions, deformations, temperatures, etc. Dedicated data acquisition systems (DAQs) can be used for this purpose following standard measurement procedures.

[0137] • A transferência de dados da câmera para o PC-alvo pode ser realizada com qualquer tipo de protocolo dependendo da velocidade e da quantidade de dados a serem transferidos, por exemplo, Cameralink, USB3, GiGe, CoaXPress, etc.[0137] • Data transfer from the camera to the target PC can be performed with any type of protocol depending on the speed and amount of data to be transferred, for example, Cameralink, USB3, GiGe, CoaXPress, etc.

[0138] • Captadores de quadro: dada a quantidade potencialmente grande de dados adquiridos, um captador de quadro pode ser necessário para permitir uma conexão rápida o suficiente entre as câmeras e uma mídia de armazenamento, tal como uma memória RAM, um disco rígido ou um SSD ou qualquer tipo de memória que possa ser usada para este propósito;[0138] • Frame grabbers: Given the potentially large amount of data acquired, a frame grabber may be necessary to allow a fast enough connection between the cameras and a storage medium, such as a RAM memory, a hard drive or an SSD or any type of memory that can be used for this purpose;

[0139] As imagens fornecidas coletivamente como a Figura 6 ilustram diversos exemplos de medições de campo físico (imagens) da viga cantiléver que são adquiridos sob diferentes condições carregadas (por exemplo, excitação externa (estática)) e vistas.[0139] The images collectively provided as Figure 6 illustrate several examples of physical field measurements (images) of the cantilever beam that are acquired under different loaded conditions (e.g., external (static) excitation) and views.

[0140] Nas modalidades da presente invenção, o método compreende uma etapa de estimativa, mais especificamente, uma estimativa baseada em modelo numérico eletromecânico fotorrealista. Em modalidades adicionais, um modelo numérico eletromecânico fotorrealista é usado para criar imagens ou vídeos ou capturas instantâneas fotoconsistentes resultando em "medições de campo fotorrealista" ou imagens do modelo numérico eletromecânico fotoconsistente. Na prática, campos distribuídos deformados ou distribuídos causarão uma variação (local e/ou globalmente) das medições de campo distribuído (ou medições virtuais fotorrealistas - por exemplo, imagens do modelo numérico eletromecânico fotoconsistente), por exemplo (porém sem limitação), intensidades de pixels, o que leva a diferenças entre as imagens da máquina e/ou componente eletromecânico físico e as imagens do modelo numérico eletromecânico fotorrealista. As imagens do modelo numérico eletromecânico fotorrealista podem ser comparadas por diferentes meios com as imagens da máquina e/ou componente eletromecânico físico. Se estas imagens apresentarem uma incompatibilidade, o modelo numérico eletromecânico fotorrealista pode ser atualizado ou modificado por uma das técnicas descritas abaixo (ou qualquer outra técnica que atinja o mesmo objetivo) até a incompatibilidade ser minimizada em algum sentido. A atualização pode ser alcançada variando ou perturbando a excitação, parâmetros ou estados de sistema do modelo numérico eletromecânico fotorrealista. Em termos mais simples, quando a incompatibilidade entre as imagens do modelo numérico eletromecânico fotorrealista e as imagens da máquina e/ou componente eletromecânico físico é completamente removida ou minimizada, então, a excitação, os parâmetros ou os estados do objeto virtual se aproximarão da excitação, parâmetros ou estados da máquina e/ou componente eletromecânico físico e fornecerão uma estimativa do anterior. De preferência, mas não necessariamente, a abordagem de correspondência usa uma troca ideal entre a incerteza da medição de campo virtual no modelo numérico e a incerteza da medição de campo na máquina e/ou componentes eletromecânicos físicos, isto pode ser alcançado por técnicas relacionadas a, por exemplo, filtro baseado em Kalman e/ou estimadores de Horizonte Móvel.[0140] In embodiments of the present invention, the method comprises an estimation step, more specifically, an estimation based on a photorealistic electromechanical numerical model. In additional embodiments, a photorealistic electromechanical numerical model is used to create photoconsistent images or videos or snapshots resulting in "photorealistic field measurements" or images of the photoconsistent electromechanical numerical model. In practice, deformed or distributed fields will cause a variation (locally and/or globally) of distributed field measurements (or photorealistic virtual measurements - e.g. photoconsistent electromechanical numerical model images), for example (but without limitation), intensities of pixels, which leads to differences between the images of the machine and/or physical electromechanical component and the images of the photorealistic electromechanical numerical model. The images of the photorealistic electromechanical numerical model can be compared by different means with the images of the machine and/or physical electromechanical component. If these images present a mismatch, the photorealistic electromechanical numerical model can be updated or modified by one of the techniques described below (or any other technique that achieves the same objective) until the mismatch is minimized in some sense. Updating can be achieved by varying or perturbing the excitation, parameters, or system states of the photorealistic electromechanical numerical model. In simpler terms, when the mismatch between the images of the photorealistic electromechanical numerical model and the images of the machine and/or physical electromechanical component is completely removed or minimized, then the excitation, parameters or states of the virtual object will approach the excitation , parameters or states of the machine and/or physical electromechanical component and will provide an estimate of the foregoing. Preferably, but not necessarily, the matching approach uses an optimal trade-off between the virtual field measurement uncertainty in the numerical model and the field measurement uncertainty in the machine and/or physical electromechanical components, this can be achieved by techniques related to , for example, Kalman-based filter and/or Moving Horizon estimators.

[0141] Em particular, durante a atualização, campos distribuídos ou campos deformados distribuídos são criados excitando-se o modelo numérico eletromecânico fotorrealista resultando em vídeos ou imagens fotoconsistentes de uma maneira similar à máquina e/ou componente eletromecânico físico. As imagens obtidas a partir do modelo numérico eletromecânico fotorrealista são exploradas para inferir informações sobre a máquina e/ou componente eletromecânico físico. As modalidades da presente invenção superam vantajosamente os procedimentos existentes conhecidos na técnica permitindo esta etapa de um modo eficiente em relação ao tempo e preciso usando imagens de campos distribuídos deformados e distribuídos incluindo principalmente variações de medição de campo distribuído, por exemplo (porém sem limitação), intensidades de pixel. O uso de dispositivos de medições de campo (por exemplo, câmeras fotográficas e de vídeo) é vantajosamente menos invasivo do que a montagem de sensores discretos populares como células de força, acelerômetros, medidores de deformação, etc. Além disto, a modalidade da presente invenção permite vantajosamente o uso de imagens (2D) capturadas por um sensor de campo potencialmente único para inferir informações nos campos 3D completos de interesse. Isto é um diferenciador claro em relação a qualquer outra técnica disponível e soluciona problemas relacionados ao custo, calibração, facilidade de uso e portabilidade permitindo uma produtividade muito maior.[0141] In particular, during updating, distributed fields or distributed deformed fields are created by exciting the photorealistic electromechanical numerical model resulting in photoconsistent videos or images in a manner similar to the machine and/or physical electromechanical component. The images obtained from the photorealistic electromechanical numerical model are explored to infer information about the machine and/or physical electromechanical component. Embodiments of the present invention advantageously surpass existing procedures known in the art by enabling this step in a time-efficient and accurate manner using deformed and distributed field images including primarily distributed field measurement variations, for example (but without limitation). , pixel intensities. The use of field measurement devices (e.g., photo and video cameras) is advantageously less invasive than mounting popular discrete sensors such as force cells, accelerometers, strain gauges, etc. Furthermore, the embodiment of the present invention advantageously allows the use of (2D) images captured by a potentially single field sensor to infer information on the full 3D fields of interest. This is a clear differentiator in relation to any other available technique and solves problems related to cost, calibration, ease of use and portability allowing for much greater productivity.

[0142] Nas modalidades da presente invenção, a estimativa (durante a etapa de estimativa) pode ocorrer de uma maneira online ou offline. Online significa aqui que a estimativa é realizada como uma tarefa paralela, mas não necessariamente sincronizada com a aquisição de imagens como um processo contínuo recursivo contanto que a máquina e/ou componente eletromecânico físico esteja sob análise. Offline se refere aqui ao fato de que um conjunto limitado de imagens pode ser armazenado e pode ser potencialmente portado para outra localização física em estágios posteriores no tempo, para processamento de estimativa adicional. Neste caso, o procedimento de estimativa se torna uma etapa pós-processamento.[0142] In embodiments of the present invention, estimation (during the estimation step) may occur in an online or offline manner. Online means here that estimation is performed as a parallel task, but not necessarily synchronized with image acquisition as a continuous recursive process as long as the machine and/or physical electromechanical component is under analysis. Offline here refers to the fact that a limited set of images can be stored and can potentially be ported to another physical location at later stages in time for further estimation processing. In this case, the estimation procedure becomes a post-processing step.

[0143] As seguintes são tipicamente aplicações previstas (mas não limitantes) do método de acordo com as modalidades da presente invenção:[0143] The following are typically anticipated (but not limiting) applications of the method in accordance with embodiments of the present invention:

[0144] • Atualização de Modelo: Nesta aplicação, alguns testes específicos são realizados na máquina e/ou componente eletromecânico físico e imagens são capturadas a partir de uma ou múltiplas vistas e/ou sensores. Durante o teste, uma excitação conhecida (potencialmente desconhecida) faz com que a máquina e/ou componente eletromecânico físico varie seu estado físico em relação ao estado de referência usado, por exemplo, para a calibração de modelo e cria campos distribuídos ou campos deformados distribuídos que, por sua vez, resultarão em variações das medições de campo físico capturadas (ou imagens/vídeos). Como um exemplo, pode-se pensar em componentes mecânicos que passam por movimento e/ou deformação. Estes movimentos e deformações causarão uma variação (potencialmente nula) das intensidades de pixel das imagens capturadas em relação a qualquer outra configuração de referência. O modelo numérico eletromecânico fotorrealista pode ser excitado com a mesma excitação conhecida que foi aplicada à máquina e/ou componente eletromecânico físico a fim de criar aproximações dos campos distribuídos deformados ou distribuídos passados pela máquina e/ou componente eletromecânico físico. As medições de campo fotorrealista são simuladas no modelo numérico (por exemplo, imagens do modelo numérico eletromecânico fotorrealista). Se as medições de campo fotorrealista do modelo numérico e as medições de campo físico não corresponderem a um nível desejado de precisão, os parâmetros do modelo numérico fotorrealista podem, então, ser atualizados até a correspondência ser alcançada. A correspondência pode ser obtida devido a (mas não somente) uma combinação de técnicas otimização, técnicas de DIC, extração de recursos, etc. Numa modalidade, as intensidades de pixel são usadas para criar uma correlação ou métrica de similaridade que é usada como função objetiva a ser minimizada por meio de qualquer estratégia de otimização adequada. Como uma matéria do exemplo, uma máquina e/ou componente eletromecânico físico que passa por movimento e/ou deformação é considerado. O modelo numérico eletromecânico fotorrealista é deformado, e a textura aplicada que se assemelha à aparência da máquina e/ou componente eletromecânico físico se deforma com o mesmo. As medições de campo fotorrealista no modelo numérico podem, então, ser simuladas devido a técnicas conhecidas, tais como renderização para textura. Os cálculos podem ser realizados, por exemplo, numa CPU ou numa GPU.[0144] • Model Update: In this application, some specific tests are performed on the machine and/or physical electromechanical component and images are captured from one or multiple views and/or sensors. During testing, a known (potentially unknown) excitation causes the machine and/or physical electromechanical component to vary its physical state relative to the reference state used, for example, for model calibration and creates distributed fields or distributed strain fields which in turn will result in variations of the captured physical field measurements (or images/videos). As an example, one can think of mechanical components that undergo movement and/or deformation. These movements and deformations will cause a variation (potentially zero) in the pixel intensities of the captured images in relation to any other reference configuration. The photorealistic electromechanical numerical model can be excited with the same known excitation that was applied to the machine and/or physical electromechanical component in order to create approximations of the deformed or distributed distributed fields passed through the machine and/or physical electromechanical component. Photorealistic field measurements are simulated in the numerical model (e.g. images from the photorealistic electromechanical numerical model). If the numerical model's photorealistic field measurements and the physical field measurements do not match a desired level of accuracy, the photorealistic numerical model's parameters can then be updated until the match is achieved. Matching can be achieved due to (but not only) a combination of optimization techniques, DIC techniques, feature extraction, etc. In one embodiment, pixel intensities are used to create a correlation or similarity metric that is used as an objective function to be minimized through any suitable optimization strategy. As a matter of example, a machine and/or physical electromechanical component that undergoes movement and/or deformation is considered. The photorealistic electromechanical numerical model is deformed, and the applied texture that resembles the appearance of the machine and/or physical electromechanical component deforms accordingly. The photorealistic field measurements in the numerical model can then be simulated due to known techniques such as rendering to texture. Calculations can be performed, for example, on a CPU or a GPU.

[0145] Os parâmetros do modelo numérico eletromecânico fotorrealista podem ser atualizados até a correspondência entre as medições de campo fotorrealista no modelo numérico e as medições de campo físico ser satisfatória (por exemplo, apresentam uma distribuição de intensidade de pixel tão similar quanto possível entre si, significando que as imagens do modelo numérico eletromecânico fotorrealista são similares às imagens da máquina e/ou componente eletromecânico físico). Uma correspondência satisfatória pode ser alcançada, por exemplo, por parâmetros de atualização. Os mesmos podem ser, porém sem limitação, parâmetros de material, rigidez de conexão, amortecimento, etc. As técnicas de DIC permitem rastrear as variações de intensidade de pixel com uma precisão a nível de subpixel de modo que o movimento ou a deformação que usualmente não é visível ao olho humano possa ser potencialmente detectada. Os casos de aplicação possíveis são (porém sem limitação): (a) atualizar as características cinemáticas do mecanismo (industrial) (por exemplo, manipuladores robóticos, máquinas industriais envolvidas em produção em série e automatização - como, por exemplo, teares, cortadores a laser, cadeias de produção automotiva, etc.), sistemas de suspensão, etc.; (b) atualizar parâmetros de material dos componentes em seu ambiente operacional (por exemplo, guindastes, edifícios, veículos, componentes de veículo, manipuladores robóticos, máquinas industriais envolvidas em produção em série e automatização, turbinas eólicas, etc.)[0145] The parameters of the photorealistic electromechanical numerical model can be updated until the correspondence between the photorealistic field measurements in the numerical model and the physical field measurements is satisfactory (e.g., they present a pixel intensity distribution as similar as possible to each other , meaning that the images of the photorealistic electromechanical numerical model are similar to the images of the machine and/or physical electromechanical component). A satisfactory match can be achieved, for example, by updating parameters. These may be, but are not limited to, material parameters, connection stiffness, damping, etc. DIC techniques make it possible to track pixel intensity variations with subpixel-level precision so that movement or deformation that is not usually visible to the human eye can potentially be detected. Possible application cases are (but without limitation): (a) upgrading the kinematic characteristics of the (industrial) mechanism (e.g. robotic manipulators, industrial machines involved in series production and automation - e.g. looms, laser, automotive production chains, etc.), suspension systems, etc.; (b) update material parameters of components in their operating environment (e.g. cranes, buildings, vehicles, vehicle components, robotic manipulators, industrial machines involved in series production and automation, wind turbines, etc.)

[0146] • Estimativa de entradas-estados-parâmetros: Um campo particularmente ativo de pesquisa lida com a estimativa de entrada, estados e parâmetros dos sistemas mecatrônicos, mecânicos e, em geral, multifísicos. Em particular, o campo de filtração baseada em Kalman e Estimativa de Horizonte Móvel (MHE) são frequentemente usados como enquadramento para combinar medições localizadas tomadas, por exemplo, de posição, velocidades, acelerações, deformações, temperaturas, etc. Se um modelo numérico eletromecânico fotorrealista atualizado estiver disponível, diversas medições de campo da máquina e/ou componente eletromecânico físico podem ser capturadas durante condições operacionais reais ou sob teste, por exemplo, num aparelho de teste dedicado. Excitações podem ser aplicadas ao modelo numérico eletromecânico fotorrealista até as medições de campo virtual (por exemplo, imagens e/ou vídeos) no modelo numérico corresponderem estreitamente às imagens e/ou vídeos na máquina e/ou componente eletromecânico físico. Em particular, o modelo numérico eletromecânico fotorrealista é deformado e a textura aplicada se deformará com o mesmo, as imagens podem, então, ser simuladas devido a técnicas conhecidas, tais como renderização para textura, realizadas, por exemplo, numa CPU ou numa GPU.[0146] • Estimation of inputs-states-parameters: A particularly active field of research deals with the estimation of inputs, states and parameters of mechatronic, mechanical and, in general, multiphysics systems. In particular, the field of Kalman-based filtering and Moving Horizon Estimation (MHE) are often used as frameworks to combine localized measurements taken, for example, of position, velocities, accelerations, deformations, temperatures, etc. If an up-to-date photorealistic electromechanical numerical model is available, various field measurements of the machine and/or physical electromechanical component can be captured during real operating conditions or under test, for example, on a dedicated test apparatus. Excitations can be applied to the photorealistic electromechanical numerical model until the virtual field measurements (e.g., images and/or videos) in the numerical model closely match the images and/or videos on the machine and/or physical electromechanical component. In particular, the photorealistic electromechanical numerical model is deformed and the applied texture will deform with it, the images can then be simulated due to known techniques, such as rendering to texture, performed, for example, on a CPU or a GPU.

[0147] Numa modalidade, as excitações estáticas aplicadas são conhecidas e há interesse na estimativa de estados da máquina e/ou componente eletromecânico físico e/ou na estimativa da evolução de tempo dos parâmetros da máquina e/ou componente eletromecânico físico. Isto pode ser obtido com o auxílio de qualquer estratégia de otimização local ou global disponível adequada para o propósito (por exemplo, otimizadores de mínimos quadrados não lineares, Leuvenberq Marquardt, ponto interno, estratégia genética ou evolucionária, etc.). Como um subproduto secundário, mas relevante da estimativa, o modelo numérico eletromecânico fotorrealista permite recuperar campos distribuídos deformados 2D e/ou 3D estimados precisos do objeto. Numa segunda modalidade, as excitações dinâmicas aplicadas são conhecidas e há interesse na estimativa de estados da máquina e/ou componente eletromecânico físico e/ou na estimativa da evolução de tempo dos parâmetros da máquina e/ou componente eletromecânico físico. Isto pode ser obtido com o auxílio de uma (porém sem limitação) das seguintes técnicas: (1) usando uma abordagem baseada em Kalman (linear ou não linear) em que as imagens são incluídas como medições e as medições de campo fotorrealista representam as equações de medições. As medições de campo fotorrealista no modelo numérico podem ser potencialmente combinadas com um ou mais tipos de sensores alternativos, tais como, por exemplo, acelerômetros, sensores de posição, medidores de deformação, etc. As técnicas baseadas em Kalman incluem (porém sem limitação) filtro/suavizadores/preditores de Kalman lineares, filtro de Kalman de ponto sigma ou estendido não linear, filtros de variância mínima, etc.; (2) Usando uma abordagem baseada em Kalman (linear ou não linear) em que um ou mais sensores, tais como, por exemplo, acelerômetros, sensores de posição, medidores de deformação, etc. são usados como num ambiente tradicional. Após os estados/parâmetros estimados serem atualizados, as medições visuais podem ser usadas para obter uma correspondência melhorada das medições de campo fotorrealista com as medições de campo físico. Esta abordagem de duas etapas pode ser realizada iterativamente até a previsão de Kalman e a correspondência de medições visuais (por exemplo, imagens e/ou vídeos) serem concomitantemente alcançadas (consultar o ponto 1 para uma lista não exaustiva de técnicas baseadas em Kalman); (3) técnicas baseadas em Estimativa de Horizonte Móvel (MHE) em que as medições de campo fotorrealista são usadas como equações de medição; e/ou (4) Qualquer outro método (por exemplo, baseado em otimização ou baseado em filtro) que permite combinar medições e modelo numéricos para obter estimativas melhoradas de estados e/ou parâmetros (por exemplo, filtros baseados em gradiente, filtros baseados em não gradiente, filtros de partícula e métodos estocásticos).[0147] In one embodiment, the applied static excitations are known and there is interest in estimating states of the machine and/or physical electromechanical component and/or in estimating the time evolution of machine parameters and/or physical electromechanical component. This can be achieved with the aid of any available local or global optimization strategy suitable for the purpose (e.g. non-linear least squares optimizers, Leuvenberq Marquardt, internal point, genetic or evolutionary strategy, etc.). As a secondary but relevant by-product of the estimation, the photorealistic electromechanical numerical model allows to recover accurate estimated 2D and/or 3D deformed distributed fields of the object. In a second modality, the applied dynamic excitations are known and there is interest in estimating the states of the machine and/or physical electromechanical component and/or in estimating the time evolution of the parameters of the machine and/or physical electromechanical component. This can be achieved with the aid of one (but without limitation) of the following techniques: (1) using a Kalman-based approach (linear or non-linear) in which images are included as measurements and photorealistic field measurements represent the equations of measurements. The photorealistic field measurements in the numerical model can potentially be combined with one or more alternative sensor types, such as, for example, accelerometers, position sensors, strain gauges, etc. Kalman-based techniques include (but are not limited to) linear Kalman filter/smoothers/predictors, non-linear point sigma or extended Kalman filter, minimum variance filters, etc.; (2) Using a Kalman-based approach (linear or non-linear) in which one or more sensors, such as, for example, accelerometers, position sensors, strain gauges, etc. are used as in a traditional environment. After the estimated states/parameters are updated, the visual measurements can be used to obtain an improved correspondence of the photorealistic field measurements with the physical field measurements. This two-step approach can be performed iteratively until Kalman prediction and matching of visual measurements (e.g., images and/or videos) are concomitantly achieved (see point 1 for a non-exhaustive list of Kalman-based techniques); (3) techniques based on Moving Horizon Estimation (MHE) in which photorealistic field measurements are used as measurement equations; and/or (4) Any other method (e.g., optimization-based or filter-based) that allows you to combine measurements and numerical modeling to obtain improved estimates of states and/or parameters (e.g., gradient-based filters, non-gradient, particle filters and stochastic methods).

[0148] Como um subproduto secundário, mas relevante da estimativa, o modelo numérico eletromecânico fotorrealista permite recuperar campos distribuídos deformados estimados precisos, tais como, por exemplo, posição e campos de deformação.[0148] As a secondary but relevant by-product of the estimation, the photorealistic electromechanical numerical model allows to recover accurate estimated deformed distributed fields, such as, for example, position and deformation fields.

[0149] Numa terceira modalidade, as excitações aplicadas não são conhecidas e há interesse na estimativa das próprias excitações e potencialmente dos estados e parâmetros do objeto sob análise. Isto pode ser obtido por uma (porém sem limitação) das seguintes técnicas: (1) Usando uma abordagem baseada em Kalman (linear ou não linear) em que as imagens são incluídas como medições e as medições de campo fotorrealista no modelo numérico representam as equações de medições. As medições de campo visual podem ser potencialmente combinadas com um ou mais tipos de sensores alternativos, tais como, por exemplo, acelerômetros, sensores de posição, medidores de deformação, etc. As técnicas baseadas em Kalman incluem (porém sem limitação) filtro/suavizadores/preditores de Kalman lineares, filtro de Kalman de ponto sigma ou estendido não linear, filtros de variância mínima, etc.; (2) Usando uma abordagem baseada em Kalman (linear ou não linear) em que um ou mais sensores, tais como, por exemplo, acelerômetros, sensores de posição, medidores de deformação, etc. são usados como num ambiente tradicional. Após os estados/parâmetros estimados serem atualizados, as medições visuais podem ser usadas para obter uma correspondência melhorada das medições de campo fotorrealista no modelo numérico com as medições de campo visual no objeto físico. Esta abordagem de duas etapas pode ser realizada iterativamente até a previsão de Kalman e a correspondência de medições visuais serem concomitantemente alcançadas (consultar o ponto anterior para uma lista não exaustiva de técnicas baseadas em Kalman); (3) técnicas baseadas em Estimativa de Horizonte Móvel (MHE) em que as medições de campo fotorrealista no modelo numérico são usadas como equações de medição; (4) Qualquer outro método (por exemplo, baseado em otimização ou baseado em filtro) que permite combinar medições e modelo numéricos para obter estimativas melhoradas de excitações e/ou estados e/ou parâmetros (por exemplo, filtros baseados em gradiente, filtros baseados em não gradiente, filtros de partícula e métodos estocásticos). Como um subproduto secundário, mas relevante da estimativa, o modelo numérico eletromecânico fotorrealista permite recuperar campos distribuídos deformados estimados precisos.[0149] In a third modality, the applied excitations are not known and there is interest in estimating the excitations themselves and potentially the states and parameters of the object under analysis. This can be achieved by one (but not limited) of the following techniques: (1) Using a Kalman-based approach (linear or non-linear) in which images are included as measurements and the photorealistic field measurements in the numerical model represent the equations of measurements. Visual field measurements can potentially be combined with one or more alternative sensor types, such as, for example, accelerometers, position sensors, strain gauges, etc. Kalman-based techniques include (but are not limited to) linear Kalman filter/smoothers/predictors, non-linear point sigma or extended Kalman filter, minimum variance filters, etc.; (2) Using a Kalman-based approach (linear or non-linear) in which one or more sensors, such as, for example, accelerometers, position sensors, strain gauges, etc. are used as in a traditional environment. After the estimated states/parameters are updated, the visual measurements can be used to obtain an improved correspondence of the photorealistic field measurements in the numerical model with the visual field measurements in the physical object. This two-step approach can be performed iteratively until Kalman prediction and visual measurement matching are concomitantly achieved (see previous point for a non-exhaustive list of Kalman-based techniques); (3) techniques based on Moving Horizon Estimation (MHE) in which photorealistic field measurements in the numerical model are used as measurement equations; (4) Any other method (e.g., optimization-based or filter-based) that allows you to combine measurements and numerical modeling to obtain improved estimates of excitations and/or states and/or parameters (e.g., gradient-based filters, in non-gradient, particle filters and stochastic methods). As a secondary but relevant by-product of the estimation, the photorealistic electromechanical numerical model allows to recover accurate estimated deformed distributed fields.

[0150] O hardware e software potenciais que podem ser usados na fase de estimativa podem ser os seguintes:[0150] Potential hardware and software that can be used in the estimation phase can be the following:

[0151] • Ambiente de modelagem: Software de pesquisa ou comercial pode ser usado para realizar simulações dinâmicas e estáticas (por exemplo, elementos finitos, volumes finitos, software de diferenças finitas, software de multicorpo (flexível))[0151] • Modeling environment: Research or commercial software can be used to perform dynamic and static simulations (e.g., finite element, finite volume, finite difference software, multibody (flexible) software)

[0152] • Software de correspondência de imagem/campo: A correspondência de imagens pode ser realizada com software dedicado ad-hoc (de pesquisa ou comercial se disponível) que permite realizar qualquer ou alguma forma de correlação e correspondência de imagens (por exemplo, um software que é usado para realizar correspondência de imagens entre o modelo fotorrealista e o sistema/componente físico usando intensidades de pixel em pixels únicos ou subconjuntos de pixels, software DIC, etc.).[0152] • Image/field matching software: Image matching can be performed with dedicated ad-hoc software (research or commercial if available) that allows you to perform any or some form of image correlation and matching (e.g. a software that is used to perform image matching between the photorealistic model and the physical system/component using pixel intensities on single pixels or subsets of pixels, DIC software, etc.).

[0153] • Software de otimização e estimativa: A estimativa de parâmetro e entrada de estado pode ser realizada devido a (adaptação de) bibliotecas baseadas em filtros de Kalman, bibliotecas baseadas em MHE, bibliotecas de observadores de Luenberger e algoritmos de otimização, tais como, porém sem limitação, métodos de pontos internos, Levenberg-Marquardt, mínimos quadrados lineares e não lineares, etc. Os mesmos podem ser códigos comerciais e de pesquisa.[0153] • Optimization and estimation software: Parameter and state input estimation can be performed due to (adaptation of) Kalman filter-based libraries, MHE-based libraries, Luenberger observer libraries and optimization algorithms, such such as, but not limited to, interior point methods, Levenberg-Marquardt, linear and non-linear least squares, etc. They can be commercial and research codes.

[0154] As Figuras 7A a 7D resumem a etapa de estimativa de acordo com as modalidades da presente invenção. A Figura 7A ilustra uma imagem fotorrealista realizada aplicando-se excitações externas ao modelo numérico eletromecânico fotorrealista (viga fotorrealista). Mais especificamente, a mesma fornece evidência de uma medição de campo fotorrealista deformado no modelo numérico usado nas modalidades da presente invenção. A Figura 7B fornece três imagens que representam a subtração entre a medição de campo físico (imagem da viga física) e a medição de campo fotorrealista no modelo numérico (imagem criada usando o modelo de viga fotorrealista). Cada figura representa uma excitação diferente aplicada ao modelo numérico eletromecânico fotorrealista. Fica claro que a figura mais à direita mostra um grau de similaridade mais alto (sendo preto em sua maior parte, o que mostra que a diferença entre as duas imagens é pequena). A correspondência de medição de campo físico e medição de campo fotorrealista é ilustrada aqui, na medida em que a figura do lado direito mostra melhor similaridade em comparação às duas primeiras, o que é uma indicação de que a excitação é bem capturada. A Figura 7C mostra um gráfico em que o eixo geométrico horizontal representa a carga aplicada ao modelo numérico eletromecânico fotorrealista e uma função de custo que representa uma medição da similaridade entre as medições de campo físico (imagem física) e a medição de campo fotorrealista (obtido a partir do modelo numérico eletromecânico fotorrealista). A função de custo (medição de similaridade de correspondência de imagem) versus uma excitação externa única é, assim, fornecida. Um mínimo é claramente encontrado ao redor da localização da carga exata que foi aplicada à viga cantiléver física. A Figura 7D mostra um gráfico em que o plano horizontal representa a amplitude das duas cargas externas aplicadas ao modelo numérico eletromecânico fotorrealista e uma função de custo que representa uma medição da similaridade entre as medições de campo físico (imagem física) e a medição de campo fotorrealista no numérico (obtido a partir do modelo numérico eletromecânico fotorrealista). A função de custo (medição de similaridade de correspondência de imagem) versus excitação externa múltipla é, assim, fornecida. Um mínimo é claramente encontrado ao redor da localização da carga exata que foi aplicada à viga cantiléver física. Uma direção é claramente mais "rígida" do que a outra já que o mínimo existe, mas é menos pronunciado. A Figura 8 ilustra uma representação detalhada de um fluxo de trabalho em que a fase operacional, que compreende uma etapa de medição e estimativa, é representada e combinada. As diferentes etapas/recursos são mostrados na tabela abaixo. A parte esquerda do gráfico ilustra a fase de medição que pode ser iniciada antes ou concomitantemente em relação à fase de estimativa (fornecida na parte direita do gráfico). O fluxograma mostra uma combinação potencial com mais fluxos de trabalho de estimativa padrão incluindo sensores discretos. As caixas destacadas em negrito sublinham as partes inovadoras propostas nas modalidades da presente invenção. A Figura 9 mostra um sistema de hardware-software de acordo com as modalidades da presente invenção que pode ser usado para implantar as modalidades de um método de acordo com a presente invenção. A Figura 10 ilustra um sumário do método de acordo com as modalidades da presente invenção. A descrição anteriormente mencionada detalha certas modalidades da presente invenção. Será entendido, entretanto, que não importa quão detalhado o anterior apareça no texto, a presente invenção pode ser praticada de muitos modos. Deve ser observado que o uso de uma terminologia particular ao descrever certos recursos ou aspectos da divulgação não deve ser tomado como implicando que a terminologia está sendo redefinida no presente documento para ser restringida a incluir quaisquer características específicas dos recursos ou aspectos da divulgação com os quais esta terminologia está associada.[0154] Figures 7A to 7D summarize the estimation step according to embodiments of the present invention. Figure 7A illustrates a photorealistic image made by applying external excitations to the photorealistic electromechanical numerical model (photorealistic beam). More specifically, it provides evidence of a deformed photorealistic field measurement in the numerical model used in embodiments of the present invention. Figure 7B provides three images that represent the subtraction between the physical field measurement (physical beam image) and the photorealistic field measurement in the numerical model (image created using the photorealistic beam model). Each figure represents a different excitation applied to the photorealistic electromechanical numerical model. It is clear that the rightmost figure shows a higher degree of similarity (being mostly black, which shows that the difference between the two images is small). The correspondence of physical field measurement and photorealistic field measurement is illustrated here, in that the right-hand figure shows better similarity compared to the first two, which is an indication that the excitation is captured well. Figure 7C shows a graph in which the horizontal geometric axis represents the load applied to the photorealistic electromechanical numerical model and a cost function that represents a measurement of the similarity between the physical field measurements (physical image) and the photorealistic field measurement (obtained from the photorealistic electromechanical numerical model). The cost function (image matching similarity measurement) versus a single external excitation is thus provided. A minimum is clearly found around the location of the exact load that was applied to the physical cantilever beam. Figure 7D shows a graph in which the horizontal plane represents the amplitude of the two external loads applied to the photorealistic electromechanical numerical model and a cost function representing a measurement of the similarity between the physical field measurements (physical image) and the field measurement photorealistic in numerical (obtained from the photorealistic electromechanical numerical model). The cost function (image matching similarity measurement) versus multiple external excitation is thus provided. A minimum is clearly found around the location of the exact load that was applied to the physical cantilever beam. One direction is clearly "stiffer" than the other as the minimum exists but is less pronounced. Figure 8 illustrates a detailed representation of a workflow in which the operational phase, which comprises a measurement and estimation step, is represented and combined. The different steps/features are shown in the table below. The left part of the graph illustrates the measurement phase that can be started before or concurrently with the estimation phase (given in the right part of the graph). The flowchart shows a potential combination with more standard estimation workflows including discrete sensors. The boxes highlighted in bold highlight the innovative parts proposed in the embodiments of the present invention. Figure 9 shows a hardware-software system in accordance with embodiments of the present invention that can be used to implement embodiments of a method in accordance with the present invention. Figure 10 illustrates a summary of the method in accordance with embodiments of the present invention. The aforementioned description details certain embodiments of the present invention. It will be understood, however, that no matter how detailed the foregoing appears in the text, the present invention may be practiced in many ways. It should be noted that the use of particular terminology in describing certain features or aspects of the disclosure should not be taken to imply that the terminology is being redefined herein to be restricted to include any specific characteristics of the features or aspects of the disclosure with which this terminology is associated.

[0155] Embora a descrição detalhada acima tenha mostrado, descrito e apontado recursos inovadores da invenção conforme aplicado a várias modalidades, será entendido que várias omissões, substituições e alterações na forma e detalhes do dispositivo ou processo ilustrado podem ser feitas por aqueles versados na técnica sem se afastar da invenção. [0155] Although the above detailed description has shown, described and pointed out innovative features of the invention as applied to various embodiments, it will be understood that various omissions, substitutions and changes in the form and details of the illustrated device or process may be made by those skilled in the art. without moving away from the invention.

Claims (23)

1. Método para detectar um objeto físico, compreendendo: - fornecer um objeto virtual fotorrealista do objeto físico; - realizar uma etapa de medição, sendo que a etapa de medição compreende gravar o objeto físico e adquirir medições de campo físico do objeto físico que compreende pelo menos uma imagem bidimensional; - realizar uma etapa de estimativa, sendo que a etapa de estimativa compreende aplicar excitações externas ao objeto virtual fotorrealista para criar medições de campo virtual fotorrealista e comparar as medições de campo virtual fotorrealista com as medições de campo físico e, portanto, detectar o objeto físico, caracterizado pelo fato de que o objeto virtual fotorrealista reproduz intensidades de pixel de uma imagem do objeto físico e a pelo menos uma imagem bidimensional é pelo menos uma imagem bidimensional para fornecer intensidades de pixel de imagem, e em que a referida comparação compreende comparar intensidades de pixel das medições de campo virtual fotorrealísticas com intensidades de pixel correspondentes das medições de campo físico.1. Method for detecting a physical object, comprising: - providing a photorealistic virtual object of the physical object; - performing a measurement step, wherein the measurement step comprises recording the physical object and acquiring physical field measurements of the physical object comprising at least a two-dimensional image; - performing an estimation step, wherein the estimation step comprises applying external excitations to the photorealistic virtual object to create photorealistic virtual field measurements and comparing the photorealistic virtual field measurements with the physical field measurements and therefore detecting the physical object , characterized by the fact that the photorealistic virtual object reproduces pixel intensities of an image of the physical object and the at least one two-dimensional image is at least one two-dimensional image to provide image pixel intensities, and wherein said comparison comprises comparing intensities pixel strengths of the photorealistic virtual field measurements with corresponding pixel strengths of the physical field measurements. 2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o método compreende usar um histórico de tempo da pelo menos uma imagem bidimensional.2. Method according to claim 1, characterized by the fact that the method comprises using a time history of at least one two-dimensional image. 3. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que detectar um objeto físico compreende estimar uma ou mais das seguintes grandezas do objeto físico: • Estados: incluindo, porém, sem limitação, posições, velocidades, acelerações, deformações, taxas de deformações, correntes; • Entrada: incluindo, porém, sem limitação, forças mecânicas, torques mecânicos, pressões mecânicas, tensões; • Parâmetros: incluindo, porém, sem limitação, densidade, módulos de Young, razões de Poisson, parâmetros de material, dimensões físicas, resistência, capacitância.3. Method, according to any of the previous claims, characterized by the fact that detecting a physical object comprises estimating one or more of the following quantities of the physical object: • States: including, but not limited to, positions, velocities, accelerations, deformations, strain rates, currents; • Input: including, but not limited to, mechanical forces, mechanical torques, mechanical pressures, tensions; • Parameters: including, but not limited to, density, Young's moduli, Poisson's ratios, material parameters, physical dimensions, resistance, capacitance. 4. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o método compreende fornecer um histórico de tempo da estimativa das ditas grandezas do objeto físico.4. Method, according to claim 3, characterized by the fact that the method comprises providing a time history of the estimation of said quantities of the physical object. 5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o objeto físico é uma máquina e/ou componente eletromecânico.5. Method, according to any of the previous claims, characterized by the fact that the physical object is a machine and/or electromechanical component. 6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que fornecer um objeto virtual fotorrealista compreende a criação de um modelo numérico fotorrealista do objeto físico.6. Method according to any one of the preceding claims, characterized by the fact that providing a photorealistic virtual object comprises creating a photorealistic numerical model of the physical object. 7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que realizar uma etapa de medição compreende combinar saídas de sensores físicos dos quais pelo menos um é um dispositivo de imaginologia para visualizar a superfície externa do objeto físico em pelo menos uma imagem bidimensional.7. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that carrying out a measuring step comprises combining outputs from physical sensors of which at least one is an imaging device to visualize the external surface of the physical object in at least a two-dimensional image. 8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que realizar uma etapa de estimativa compreende combinar as medições de campo virtual fotorrealista com as medições de campo físico para fornecer uma estimativa da grandeza ou grandezas desejadas e em que a etapa de estimativa se baseia, pelo menos, na utilização de uma métrica de similaridade entre a pelo menos uma imagem bidimensional do objeto físico ou partes do mesmo, e as imagens geradas pelo objeto virtual fotorrealista.8. Method according to any one of the preceding claims, characterized by the fact that performing an estimation step comprises combining the photorealistic virtual field measurements with the physical field measurements to provide an estimate of the desired quantity or quantities and wherein the The estimation step is based, at least, on the use of a similarity metric between at least one two-dimensional image of the physical object or parts thereof, and the images generated by the photorealistic virtual object. 9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores quando dependentes das reivindicações 5 e 6, caracterizado pelo fato de que realizar uma etapa de estimativa compreende combinar o modelo numérico fotorrealista e a etapa de medição para fornecer uma estimativa de grandezas eletromecânicas desejadas e em que a etapa de estimativa se baseia, pelo menos, na utilização de uma métrica de similaridade entre a pelo menos uma imagem bidimensional da máquina eletromecânica, ou partes da mesma, e as imagens geradas pelo modelo numérico fotorrealista.9. Method according to any of the preceding claims when dependent on claims 5 and 6, characterized by the fact that performing an estimation step comprises combining the photorealistic numerical model and the measurement step to provide an estimate of desired electromechanical quantities and wherein the estimation step is based, at least, on the use of a similarity metric between at least one two-dimensional image of the electromechanical machine, or parts thereof, and the images generated by the photorealistic numerical model. 10. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o comportamento físico do objeto virtual fotorrealista do objeto físico é descrito por um modelo estático ou dinâmico obtido como uma aproximação discretizada de um sistema.10. Method according to any one of the preceding claims, characterized by the fact that the physical behavior of the photorealistic virtual object of the physical object is described by a static or dynamic model obtained as a discretized approximation of a system. 11. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a aproximação discretizada do sistema é descrita por uma ou uma combinação de equações algébricas diferenciais ordinárias, diferenciais parciais ou diferenciais, modelo de elemento finito, modelo de dinâmica de fluido computacional, modelo de multicorpo flexível.11. Method according to claim 10, characterized by the fact that the discretized approximation of the system is described by one or a combination of ordinary differential, partial differential or differential algebraic equations, finite element model, computational fluid dynamics model , flexible multibody model. 12. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o objeto virtual fotorrealista do objeto físico usa uma ou mais técnicas de redução de ordem de modelo linear e não linear.12. Method according to any one of the preceding claims, characterized by the fact that the photorealistic virtual object of the physical object uses one or more linear and non-linear model order reduction techniques. 13. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a uma ou mais técnicas de redução de ordem de modelo linear ou não linear são uma ou mais dentre síntese de modos de componente, métodos baseados em Krylov, decomposição ortogonal correta, decomposição de modo dinâmico, truncamento equilibrado, método de interpolação empírica discreta, amostragem e ponderação de conservação de energia.13. Method according to claim 12, characterized by the fact that the one or more linear or nonlinear model order reduction techniques are one or more of component mode synthesis, Krylov-based methods, correct orthogonal decomposition , dynamic mode decomposition, balanced truncation, discrete empirical interpolation method, sampling and energy conservation weighting. 14. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o modelo é solucionado no domínio de tempo.14. Method, according to any of the previous claims, characterized by the fact that the model is solved in the time domain. 15. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a estimativa é obtida a partir de técnicas de filtração dinâmica que combinam vídeos, imagens e o modelo numérico fotorrealista.15. Method, according to any of the previous claims, characterized by the fact that the estimate is obtained from dynamic filtering techniques that combine videos, images and the photorealistic numerical model. 16. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que as técnicas de filtração dinâmica compreendem uma ou mais dentre técnicas baseadas em Kalman, técnicas de Estimativa de Horizonte Móvel ou observador de Luenberger.16. Method according to claim 15, characterized by the fact that the dynamic filtering techniques comprise one or more of Kalman-based techniques, Moving Horizon Estimation techniques or Luenberger observer. 17. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores quando dependente da reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a etapa de estimativa permite avaliação de limites de erro estocástico das grandezas estimadas do objeto físico.17. Method, according to any of the previous claims when dependent on claim 3, characterized by the fact that the estimation step allows evaluation of stochastic error limits of the estimated magnitudes of the physical object. 18. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores quando dependente da reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o método compreende medir e usar um subconjunto das grandezas do objeto físico como uma entrada conhecida para o objeto virtual fotorrealista.18. Method according to any one of the preceding claims when dependent on claim 3, characterized by the fact that the method comprises measuring and using a subset of the magnitudes of the physical object as a known input to the photorealistic virtual object. 19. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o método compreende medir e usar grandezas eletromecânicas adicionais, adicionalmente a vídeos e imagens de câmera durante a etapa de estimativa.19. Method according to any of the preceding claims, characterized by the fact that the method comprises measuring and using additional electromechanical quantities, in addition to videos and camera images during the estimation step. 20. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que fornecer um objeto virtual fotorrealista compreende criar um modelo numérico do objeto físico e texturizar a geometria do modelo com pelo menos uma imagem.20. Method according to any one of the preceding claims, characterized by the fact that providing a photorealistic virtual object comprises creating a numerical model of the physical object and texturing the geometry of the model with at least one image. 21. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que as medições de campo físico do objeto físico são campos físicos deformados.21. Method according to any one of the preceding claims, characterized by the fact that the physical field measurements of the physical object are deformed physical fields. 22. Dispositivo caracterizado pelo fato de que compreende um sistema de processamento, sendo que o sistema de processamento é programado para realizar um método conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 21.22. Device characterized by the fact that it comprises a processing system, the processing system being programmed to carry out a method as defined in any one of claims 1 to 21. 23. Sistema para caracterizar um objeto físico, sendo que o sistema é caracterizado pelo fato de que compreende: • pelo menos um meio para medir grandezas do objeto físico; • um processador adaptado para receber a saída do pelo menos um meio para medir campos do objeto físico e adaptado para realizar o método conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 21.23. System for characterizing a physical object, the system being characterized by the fact that it comprises: • at least one means for measuring quantities of the physical object; • a processor adapted to receive the output of at least one means for measuring fields of the physical object and adapted to carry out the method as defined in any one of claims 1 to 21.
BR112018072597-8A 2016-05-02 2017-05-02 ESTIMATION OF ELECTROMECHANICAL QUANTITIES USING DIGITAL IMAGES AND MODEL-BASED FILTRATION TECHNIQUES BR112018072597B1 (en)

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