Detection and modelling of staircases using a wearable depth sensor

In this paper we deal with the perception task of a wearable navigation assistant. Specifically, we have focused on the detection of staircases because of the important role they play in indoor navigation due to the multi-floor reaching possibilities they bring and the lack of security they cause, specially for those who suffer from visual deficiencies. We use the depth sensing capacities of the modern RGB-D cameras to segment and classify the different elements that integrate the scene and then carry out the stair detection and modelling algorithm to retrieve all the information that might interest the user, i.e. the location and orientation of the staircase, the number of steps and the step dimensions. Experiments prove that the system is able to perform in real-time and works even under partial occlusions of the stairway

Detección y modelado de escaleras con sensor RGB-D para asistencia personal

La habilidad de avanzar y moverse de manera efectiva por el entorno resulta natural para la mayoría de la gente, pero no resulta fácil de realizar bajo algunas circunstancias, como es el caso de las personas con problemas visuales o cuando nos movemos en entornos especialmente complejos o desconocidos. Lo que pretendemos conseguir a largo plazo es crear un sistema portable de asistencia aumentada para ayudar a quienes se enfrentan a esas circunstancias. Para ello nos podemos ayudar de cámaras, que se integran en el asistente. En este trabajo nos hemos centrado en el módulo de detección, dejando para otros trabajos el resto de módulos, como podría ser la interfaz entre la detección y el usuario. Un sistema de guiado de personas debe mantener al sujeto que lo utiliza apartado de peligros, pero también debería ser capaz de reconocer ciertas características del entorno para interactuar con ellas. En este trabajo resolvemos la detección de uno de los recursos más comunes que una persona puede tener que utilizar a lo largo de su vida diaria: las escaleras. Encontrar escaleras es doblemente beneficioso, puesto que no sólo permite evitar posibles caídas sino que ayuda a indicar al usuario la posibilidad de alcanzar otro piso en el edificio. Para conseguir esto hemos hecho uso de un sensor RGB-D, que irá situado en el pecho del sujeto, y que permite captar de manera simultánea y sincronizada información de color y profundidad de la escena. El algoritmo usa de manera ventajosa la captación de profundidad para encontrar el suelo y así orientar la escena de la manera que aparece ante el usuario. Posteriormente hay un proceso de segmentación y clasificación de la escena de la que obtenemos aquellos segmentos que se corresponden con "suelo", "paredes", "planos horizontales" y una clase residual, de la que todos los miembros son considerados "obstáculos". A continuación, el algoritmo de detección de escaleras determina si los planos horizontales son escalones que forman una escalera y los ordena jerárquicamente. En el caso de que se haya encontrado una escalera, el algoritmo de modelado nos proporciona toda la información de utilidad para el usuario: cómo esta posicionada con respecto a él, cuántos escalones se ven y cuáles son sus medidas aproximadas. En definitiva, lo que se presenta en este trabajo es un nuevo algoritmo de ayuda a la navegación humana en entornos de interior cuya mayor contribución es un algoritmo de detección y modelado de escaleras que determina toda la información de mayor relevancia para el sujeto. Se han realizado experimentos con grabaciones de vídeo en distintos entornos, consiguiendo buenos resultados tanto en precisión como en tiempo de respuesta. Además se ha realizado una comparación de nuestros resultados con los extraídos de otras publicaciones, demostrando que no sólo se consigue una eciencia que iguala al estado de la materia sino que también se aportan una serie de mejoras. Especialmente, nuestro algoritmo es el primero capaz de obtener las dimensiones de las escaleras incluso con obstáculos obstruyendo parcialmente la vista, como puede ser gente subiendo o bajando. Como resultado de este trabajo se ha elaborado una publicación aceptada en el Second Workshop on Assitive Computer Vision and Robotics del ECCV, cuya presentación tiene lugar el 12 de Septiembre de 2014 en Zúrich, Suiza

Feature recognition and obstacle detection for drive assistance in indoor environments

The goal of this research project was to develop a robust feature recognition and obstacle detection method for smart wheelchair navigation in indoor environments. As two types of depth sensors were employed, two different methods were proposed and implemented in this thesis. The two methods combined information of colour, edge, depth and motion to detect obstacles, compute movements and recognize indoor room features. The first method was based on a stereo vision sensor and started with optimizing the noisy disparity images, then, RANSAC was used to estimate the ground plane, followed by a watershed based image segmentation algorithm for ground pixel classification. Meanwhile, a novel algorithm named a standard deviation ridge straight line detector was performed to extract straight lines from the RGB images. The algorithm is able to provide more useful information than using the Canny edge detector and the Hough Transform. Then, the novel drop-off detection and stairs-up detection algorithms based on the proposed straight line detector were carried out. Moreover, the camera movements were calculated by optical flow. The second method was based on a structured light sensor. After RANSAC ground plane estimation, morphology operations were applied to smooth the ground surface area. Then, an obstacle detection algorithm was carried out to create a top-down map of the ground plane using inverse perspective mapping and segment obstacles using a region growing-based algorithm. Both the drop-off and open door detection algorithms employ the straight lines extracted from depth discontinuities maps. The performance and accuracy of the two proposed methods were evaluated. Results show that the ground plane classification using the first method achieved 98.58% true positives, and the figure improved with the second method to 99%. The drop-off detection algorithms using the first method also achieved good results, with no false negatives found in the test video sequences. The system provided the top-down maps of the surroundings to detect and segment obstacles correctly. Overall, the results showing accurate distances to various detected indoor features and obstacles, suggests that this proposed colour/edge/motion/depth approach would be useful as a navigation aid through doorways and hallways