Deep Reflectance Maps

Undoing the image formation process and therefore decomposing appearance into its intrinsic properties is a challenging task due to the under-constraint nature of this inverse problem. While significant progress has been made on inferring shape, materials and illumination from images only, progress in an unconstrained setting is still limited. We propose a convolutional neural architecture to estimate reflectance maps of specular materials in natural lighting conditions. We achieve this in an end-to-end learning formulation that directly predicts a reflectance map from the image itself. We show how to improve estimates by facilitating additional supervision in an indirect scheme that first predicts surface orientation and afterwards predicts the reflectance map by a learning-based sparse data interpolation. In order to analyze performance on this difficult task, we propose a new challenge of Specular MAterials on SHapes with complex IllumiNation (SMASHINg) using both synthetic and real images. Furthermore, we show the application of our method to a range of image-based editing tasks on real images.Comment: project page: http://homes.esat.kuleuven.be/~krematas/DRM

End-to-End Tracking and Semantic Segmentation Using Recurrent Neural Networks

In this work we present a novel end-to-end framework for tracking and classifying a robot's surroundings in complex, dynamic and only partially observable real-world environments. The approach deploys a recurrent neural network to filter an input stream of raw laser measurements in order to directly infer object locations, along with their identity in both visible and occluded areas. To achieve this we first train the network using unsupervised Deep Tracking, a recently proposed theoretical framework for end-to-end space occupancy prediction. We show that by learning to track on a large amount of unsupervised data, the network creates a rich internal representation of its environment which we in turn exploit through the principle of inductive transfer of knowledge to perform the task of it's semantic classification. As a result, we show that only a small amount of labelled data suffices to steer the network towards mastering this additional task. Furthermore we propose a novel recurrent neural network architecture specifically tailored to tracking and semantic classification in real-world robotics applications. We demonstrate the tracking and classification performance of the method on real-world data collected at a busy road junction. Our evaluation shows that the proposed end-to-end framework compares favourably to a state-of-the-art, model-free tracking solution and that it outperforms a conventional one-shot training scheme for semantic classification

Pre-Trained Driving in Localized Surroundings with Semantic Radar Information and Machine Learning

Entlang der Signalverarbeitungskette von Radar Detektionen bis zur Fahrzeugansteuerung, diskutiert diese Arbeit eine semantischen Radar Segmentierung, einen darauf aufbauenden Radar SLAM, sowie eine im Verbund realisierte autonome Parkfunktion. Die Radarsegmentierung der (statischen) Umgebung wird durch ein Radar-spezifisches neuronales Netzwerk RadarNet erreicht. Diese Segmentierung ermöglicht die Entwicklung des semantischen Radar Graph-SLAM SERALOC. Auf der Grundlage der semantischen Radar SLAM Karte wird eine beispielhafte autonome Parkfunktionalität in einem realen Versuchsträger umgesetzt. Entlang eines aufgezeichneten Referenzfades parkt die Funktion ausschließlich auf Basis der Radar Wahrnehmung mit bisher unerreichter Positioniergenauigkeit. Im ersten Schritt wird ein Datensatz von 8.2 · 10^6 punktweise semantisch gelabelten Radarpunktwolken über eine Strecke von 2507.35m generiert. Es sind keine vergleichbaren Datensätze dieser Annotationsebene und Radarspezifikation öffentlich verfügbar. Das überwachte Training der semantischen Segmentierung RadarNet erreicht 28.97% mIoU auf sechs Klassen. Außerdem wird ein automatisiertes Radar-Labeling-Framework SeRaLF vorgestellt, welches das Radarlabeling multimodal mittels Referenzkameras und LiDAR unterstützt. Für die kohärente Kartierung wird ein Radarsignal-Vorfilter auf der Grundlage einer Aktivierungskarte entworfen, welcher Rauschen und andere dynamische Mehrwegreflektionen unterdrückt. Ein speziell für Radar angepasstes Graph-SLAM-Frontend mit Radar-Odometrie Kanten zwischen Teil-Karten und semantisch separater NDT Registrierung setzt die vorgefilterten semantischen Radarscans zu einer konsistenten metrischen Karte zusammen. Die Kartierungsgenauigkeit und die Datenassoziation werden somit erhöht und der erste semantische Radar Graph-SLAM für beliebige statische Umgebungen realisiert. Integriert in ein reales Testfahrzeug, wird das Zusammenspiel der live RadarNet Segmentierung und des semantischen Radar Graph-SLAM anhand einer rein Radar-basierten autonomen Parkfunktionalität evaluiert. Im Durchschnitt über 42 autonome Parkmanöver (∅3.73 km/h) bei durchschnittlicher Manöverlänge von ∅172.75m wird ein Median absoluter Posenfehler von 0.235m und End-Posenfehler von 0.2443m erreicht, der vergleichbare Radar-Lokalisierungsergebnisse um ≈ 50% übertrifft. Die Kartengenauigkeit von veränderlichen, neukartierten Orten über eine Kartierungsdistanz von ∅165m ergibt eine ≈ 56%-ige Kartenkonsistenz bei einer Abweichung von ∅0.163m. Für das autonome Parken wurde ein gegebener Trajektorienplaner und Regleransatz verwendet

3D Registration of Aerial and Ground Robots for Disaster Response: An Evaluation of Features, Descriptors, and Transformation Estimation

Global registration of heterogeneous ground and aerial mapping data is a challenging task. This is especially difficult in disaster response scenarios when we have no prior information on the environment and cannot assume the regular order of man-made environments or meaningful semantic cues. In this work we extensively evaluate different approaches to globally register UGV generated 3D point-cloud data from LiDAR sensors with UAV generated point-cloud maps from vision sensors. The approaches are realizations of different selections for: a) local features: key-points or segments; b) descriptors: FPFH, SHOT, or ESF; and c) transformation estimations: RANSAC or FGR. Additionally, we compare the results against standard approaches like applying ICP after a good prior transformation has been given. The evaluation criteria include the distance which a UGV needs to travel to successfully localize, the registration error, and the computational cost. In this context, we report our findings on effectively performing the task on two new Search and Rescue datasets. Our results have the potential to help the community take informed decisions when registering point-cloud maps from ground robots to those from aerial robots.Comment: Awarded Best Paper at the 15th IEEE International Symposium on Safety, Security, and Rescue Robotics 2017 (SSRR 2017