Modeling the environment with egocentric vision systems

Cada vez más sistemas autónomos, ya sean robots o sistemas de asistencia, están presentes en nuestro día a día. Este tipo de sistemas interactúan y se relacionan con su entorno y para ello necesitan un modelo de dicho entorno. En función de las tareas que deben realizar, la información o el detalle necesario del modelo varía. Desde detallados modelos 3D para sistemas de navegación autónomos, a modelos semánticos que incluyen información importante para el usuario como el tipo de área o qué objetos están presentes. La creación de estos modelos se realiza a través de las lecturas de los distintos sensores disponibles en el sistema. Actualmente, gracias a su pequeño tamaño, bajo precio y la gran información que son capaces de capturar, las cámaras son sensores incluidos en todos los sistemas autónomos. El objetivo de esta tesis es el desarrollar y estudiar nuevos métodos para la creación de modelos del entorno a distintos niveles semánticos y con distintos niveles de precisión. Dos puntos importantes caracterizan el trabajo desarrollado en esta tesis: - El uso de cámaras con punto de vista egocéntrico o en primera persona ya sea en un robot o en un sistema portado por el usuario (wearable). En este tipo de sistemas, las cámaras son solidarias al sistema móvil sobre el que van montadas. En los últimos años han aparecido muchos sistemas de visión wearables, utilizados para multitud de aplicaciones, desde ocio hasta asistencia de personas. - El uso de sistemas de visión omnidireccional, que se distinguen por su gran campo de visión, incluyendo mucha más información en cada imagen que las cámara convencionales. Sin embargo plantean nuevas dificultades debido a distorsiones y modelos de proyección más complejos. Esta tesis estudia distintos tipos de modelos del entorno: - Modelos métricos: el objetivo de estos modelos es crear representaciones detalladas del entorno en las que localizar con precisión el sistema autónomo. Ésta tesis se centra en la adaptación de estos modelos al uso de visión omnidireccional, lo que permite capturar más información en cada imagen y mejorar los resultados en la localización. - Modelos topológicos: estos modelos estructuran el entorno en nodos conectados por arcos. Esta representación tiene menos precisión que la métrica, sin embargo, presenta un nivel de abstracción mayor y puede modelar el entorno con más riqueza. %, por ejemplo incluyendo el tipo de área de cada nodo, la localización de objetos importantes o el tipo de conexión entre los distintos nodos. Esta tesis se centra en la creación de modelos topológicos con información adicional sobre el tipo de área de cada nodo y conexión (pasillo, habitación, puertas, escaleras...). - Modelos semánticos: este trabajo también contribuye en la creación de nuevos modelos semánticos, más enfocados a la creación de modelos para aplicaciones en las que el sistema interactúa o asiste a una persona. Este tipo de modelos representan el entorno a través de conceptos cercanos a los usados por las personas. En particular, esta tesis desarrolla técnicas para obtener y propagar información semántica del entorno en secuencias de imágen

Long Range Automated Persistent Surveillance

This dissertation addresses long range automated persistent surveillance with focus on three topics: sensor planning, size preserving tracking, and high magnification imaging. field of view should be reserved so that camera handoff can be executed successfully before the object of interest becomes unidentifiable or untraceable. We design a sensor planning algorithm that not only maximizes coverage but also ensures uniform and sufficient overlapped camera’s field of view for an optimal handoff success rate. This algorithm works for environments with multiple dynamic targets using different types of cameras. Significantly improved handoff success rates are illustrated via experiments using floor plans of various scales. Size preserving tracking automatically adjusts the camera’s zoom for a consistent view of the object of interest. Target scale estimation is carried out based on the paraperspective projection model which compensates for the center offset and considers system latency and tracking errors. A computationally efficient foreground segmentation strategy, 3D affine shapes, is proposed. The 3D affine shapes feature direct and real-time implementation and improved flexibility in accommodating the target’s 3D motion, including off-plane rotations. The effectiveness of the scale estimation and foreground segmentation algorithms is validated via both offline and real-time tracking of pedestrians at various resolution levels. Face image quality assessment and enhancement compensate for the performance degradations in face recognition rates caused by high system magnifications and long observation distances. A class of adaptive sharpness measures is proposed to evaluate and predict this degradation. A wavelet based enhancement algorithm with automated frame selection is developed and proves efficient by a considerably elevated face recognition rate for severely blurred long range face images

OmniSCV: An omnidirectional synthetic image generator for computer vision

Omnidirectional and 360º images are becoming widespread in industry and in consumer society, causing omnidirectional computer vision to gain attention. Their wide field of view allows the gathering of a great amount of information about the environment from only an image. However, the distortion of these images requires the development of specific algorithms for their treatment and interpretation. Moreover, a high number of images is essential for the correct training of computer vision algorithms based on learning. In this paper, we present a tool for generating datasets of omnidirectional images with semantic and depth information. These images are synthesized from a set of captures that are acquired in a realistic virtual environment for Unreal Engine 4 through an interface plugin. We gather a variety of well-known projection models such as equirectangular and cylindrical panoramas, different fish-eye lenses, catadioptric systems, and empiric models. Furthermore, we include in our tool photorealistic non-central-projection systems as non-central panoramas and non-central catadioptric systems. As far as we know, this is the first reported tool for generating photorealistic non-central images in the literature. Moreover, since the omnidirectional images are made virtually, we provide pixel-wise information about semantics and depth as well as perfect knowledge of the calibration parameters of the cameras. This allows the creation of ground-truth information with pixel precision for training learning algorithms and testing 3D vision approaches. To validate the proposed tool, different computer vision algorithms are tested as line extractions from dioptric and catadioptric central images, 3D Layout recovery and SLAM using equirectangular panoramas, and 3D reconstruction from non-central panoramas

車載画像を用いた都市の4次元モデリング

Tohoku University岡谷貴之課

Semantic Instance Annotation of Street Scenes by 3D to 2D Label Transfer

Semantic annotations are vital for training models for object recognition, semantic segmentation or scene understanding. Unfortunately, pixelwise annotation of images at very large scale is labor-intensive and only little labeled data is available, particularly at instance level and for street scenes. In this paper, we propose to tackle this problem by lifting the semantic instance labeling task from 2D into 3D. Given reconstructions from stereo or laser data, we annotate static 3D scene elements with rough bounding primitives and develop a model which transfers this information into the image domain. We leverage our method to obtain 2D labels for a novel suburban video dataset which we have collected, resulting in 400k semantic and instance image annotations. A comparison of our method to state-of-the-art label transfer baselines reveals that 3D information enables more efficient annotation while at the same time resulting in improved accuracy and time-coherent labels.Comment: 10 pages in Conference on Computer Vision and Pattern Recognition (CVPR), 201