Under vehicle perception for high level safety measures using a catadioptric camera system

In recent years, under vehicle surveillance and the classification of the vehicles become an indispensable task that must be achieved for security measures in certain areas such as shopping centers, government buildings, army camps etc. The main challenge to achieve this task is to monitor the under frames of the means of transportations. In this paper, we present a novel solution to achieve this aim. Our solution consists of three main parts: monitoring, detection and classification. In the first part we design a new catadioptric camera system in which the perspective camera points downwards to the catadioptric mirror mounted to the body of a mobile robot. Thanks to the catadioptric mirror the scenes against the camera optical axis direction can be viewed. In the second part we use speeded up robust features (SURF) in an object recognition algorithm. Fast appearance based mapping algorithm (FAB-MAP) is exploited for the classification of the means of transportations in the third part. Proposed technique is implemented in a laboratory environment

Long-term experiments with an adaptive spherical view representation for navigation in changing environments

Real-world environments such as houses and offices change over time, meaning that a mobile robot’s map will become out of date. In this work, we introduce a method to update the reference views in a hybrid metric-topological map so that a mobile robot can continue to localize itself in a changing environment. The updating mechanism, based on the multi-store model of human memory, incorporates a spherical metric representation of the observed visual features for each node in the map, which enables the robot to estimate its heading and navigate using multi-view geometry, as well as representing the local 3D geometry of the environment. A series of experiments demonstrate the persistence performance of the proposed system in real changing environments, including analysis of the long-term stability

Aerial-Ground collaborative sensing: Third-Person view for teleoperation

Rapid deployment and operation are key requirements in time critical application, such as Search and Rescue (SaR). Efficiently teleoperated ground robots can support first-responders in such situations. However, first-person view teleoperation is sub-optimal in difficult terrains, while a third-person perspective can drastically increase teleoperation performance. Here, we propose a Micro Aerial Vehicle (MAV)-based system that can autonomously provide third-person perspective to ground robots. While our approach is based on local visual servoing, it further leverages the global localization of several ground robots to seamlessly transfer between these ground robots in GPS-denied environments. Therewith one MAV can support multiple ground robots on a demand basis. Furthermore, our system enables different visual detection regimes, and enhanced operability, and return-home functionality. We evaluate our system in real-world SaR scenarios.Comment: Accepted for publication in 2018 IEEE International Symposium on Safety, Security and Rescue Robotics (SSRR

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

Incremental spectral clustering and its application to topological mapping

This paper presents a novel use of spectral clustering algorithms to support cases where the entries in the affinity matrix are costly to compute. The method is incremental – the spectral clustering algorithm is applied to the affinity matrix after each row/column is added – which makes it possible to inspect the clusters as new data points are added. The method is well suited to the problem of appearance-based, on-line topological mapping for mobile robots. In this problem domain, we show that we can reduce environment-dependent parameters of the clustering algorithm to just a single, intuitive parameter. Experimental results in large outdoor and indoor environments show that we can close loops correctly by computing only a fraction of the entries in the affinity matrix. The accompanying video clip shows how an example map is produced by the algorithm

Omnidirectional Vision Based Topological Navigation

Goedemé T., Van Gool L., ''Omnidirectional vision based topological navigation'', Mobile robots navigation, pp. 172-196, Barrera Alejandra, ed., March 2010, InTech.status: publishe