Towards Automatic SAR-Optical Stereogrammetry over Urban Areas using Very High Resolution Imagery

In this paper we discuss the potential and challenges regarding SAR-optical stereogrammetry for urban areas, using very-high-resolution (VHR) remote sensing imagery. Since we do this mainly from a geometrical point of view, we first analyze the height reconstruction accuracy to be expected for different stereogrammetric configurations. Then, we propose a strategy for simultaneous tie point matching and 3D reconstruction, which exploits an epipolar-like search window constraint. To drive the matching and ensure some robustness, we combine different established handcrafted similarity measures. For the experiments, we use real test data acquired by the Worldview-2, TerraSAR-X and MEMPHIS sensors. Our results show that SAR-optical stereogrammetry using VHR imagery is generally feasible with 3D positioning accuracies in the meter-domain, although the matching of these strongly hetereogeneous multi-sensor data remains very challenging. Keywords: Synthetic Aperture Radar (SAR), optical images, remote sensing, data fusion, stereogrammetr

Hybrid Focal Stereo Networks for Pattern Analysis in Homogeneous Scenes

In this paper we address the problem of multiple camera calibration in the presence of a homogeneous scene, and without the possibility of employing calibration object based methods. The proposed solution exploits salient features present in a larger field of view, but instead of employing active vision we replace the cameras with stereo rigs featuring a long focal analysis camera, as well as a short focal registration camera. Thus, we are able to propose an accurate solution which does not require intrinsic variation models as in the case of zooming cameras. Moreover, the availability of the two views simultaneously in each rig allows for pose re-estimation between rigs as often as necessary. The algorithm has been successfully validated in an indoor setting, as well as on a difficult scene featuring a highly dense pilgrim crowd in Makkah.Comment: 13 pages, 6 figures, submitted to Machine Vision and Application

A new straight line reconstruction methodology from multi-spectral stereo aerial images

In this study, a new methodology for the reconstruction of line features from multispectral stereo aerial images is presented. We take full advantage of the existing multispectral information in aerial images all over the steps of pre-processing and edge detection. To accurately describe the straight line segments, a principal component analysis technique is adapted. The line to line correspondences between the stereo images are established using a new pair-wise stereo matching approach. The approach involves new constraints, and the redundancy inherent in pair relations gives us a possibility to reduce the number of false matches in a probabilistic manner. The methodology is tested over three different urban test sites and provided good results for line matching and reconstruction

Percepción basada en visión estereoscópica, planificación de trayectorias y estrategias de navegación para exploración robótica autónoma

Tesis inédita de la Universidad Complutense de Madrid, Facultad de Informática, Departamento de Ingeniería del Software e Inteligencia artificial, leída el 13-05-2015En esta tesis se trata el desarrollo de una estrategia de navegación autónoma basada en visión artificial para exploración robótica autónoma de superficies planetarias. Se han desarrollado una serie de subsistemas, módulos y software específicos para la investigación desarrollada en este trabajo, ya que la mayoría de las herramientas existentes para este dominio son propiedad de agencias espaciales nacionales, no accesibles a la comunidad científica. Se ha diseñado una arquitectura software modular multi-capa con varios niveles jerárquicos para albergar el conjunto de algoritmos que implementan la estrategia de navegación autónoma y garantizar la portabilidad del software, su reutilización e independencia del hardware. Se incluye también el diseño de un entorno de trabajo destinado a dar soporte al desarrollo de las estrategias de navegación. Éste se basa parcialmente en herramientas de código abierto al alcance de cualquier investigador o institución, con las necesarias adaptaciones y extensiones, e incluye capacidades de simulación 3D, modelos de vehículos robóticos, sensores, y entornos operacionales, emulando superficies planetarias como Marte, para el análisis y validación a nivel funcional de las estrategias de navegación desarrolladas. Este entorno también ofrece capacidades de depuración y monitorización.La presente tesis se compone de dos partes principales. En la primera se aborda el diseño y desarrollo de las capacidades de autonomía de alto nivel de un rover, centrándose en la navegación autónoma, con el soporte de las capacidades de simulación y monitorización del entorno de trabajo previo. Se han llevado a cabo un conjunto de experimentos de campo, con un robot y hardware real, detallándose resultados, tiempo de procesamiento de algoritmos, así como el comportamiento y rendimiento del sistema en general. Como resultado, se ha identificado al sistema de percepción como un componente crucial dentro de la estrategia de navegación y, por tanto, el foco principal de potenciales optimizaciones y mejoras del sistema. Como consecuencia, en la segunda parte de este trabajo, se afronta el problema de la correspondencia en imágenes estéreo y reconstrucción 3D de entornos naturales no estructurados. Se han analizado una serie de algoritmos de correspondencia, procesos de imagen y filtros. Generalmente se asume que las intensidades de puntos correspondientes en imágenes del mismo par estéreo es la misma. Sin embargo, se ha comprobado que esta suposición es a menudo falsa, a pesar de que ambas se adquieren con un sistema de visión compuesto de dos cámaras idénticas. En consecuencia, se propone un sistema experto para la corrección automática de intensidades en pares de imágenes estéreo y reconstrucción 3D del entorno basado en procesos de imagen no aplicados hasta ahora en el campo de la visión estéreo. Éstos son el filtrado homomórfico y la correspondencia de histogramas, que han sido diseñados para corregir intensidades coordinadamente, ajustando una imagen en función de la otra. Los resultados se han podido optimizar adicionalmente gracias al diseño de un proceso de agrupación basado en el principio de continuidad espacial para eliminar falsos positivos y correspondencias erróneas. Se han estudiado los efectos de la aplicación de dichos filtros, en etapas previas y posteriores al proceso de correspondencia, con eficiencia verificada favorablemente. Su aplicación ha permitido la obtención de un mayor número de correspondencias válidas en comparación con los resultados obtenidos sin la aplicación de los mismos, consiguiendo mejoras significativas en los mapas de disparidad y, por lo tanto, en los procesos globales de percepción y reconstrucción 3D.Depto. de Ingeniería de Software e Inteligencia Artificial (ISIA)Fac. de InformáticaTRUEunpu

Vision-model-based Real-time Localization of Unmanned Aerial Vehicle for Autonomous Structure Inspection under GPS-denied Environment

UAVs have been widely used in visual inspections of buildings, bridges and other structures. In either outdoor autonomous or semi-autonomous flights missions strong GPS signal is vital for UAV to locate its own positions. However, strong GPS signal is not always available, and it can degrade or fully loss underneath large structures or close to power lines, which can cause serious control issues or even UAV crashes. Such limitations highly restricted the applications of UAV as a routine inspection tool in various domains. In this paper a vision-model-based real-time self-positioning method is proposed to support autonomous aerial inspection without the need of GPS support. Compared to other localization methods that requires additional onboard sensors, the proposed method uses a single camera to continuously estimate the inflight poses of UAV. Each step of the proposed method is discussed in detail, and its performance is tested through an indoor test case.Comment: 8 pages, 5 figures, submitted to i3ce 201