A Survey on Joint Object Detection and Pose Estimation using Monocular Vision

In this survey we present a complete landscape of joint object detection and pose estimation methods that use monocular vision. Descriptions of traditional approaches that involve descriptors or models and various estimation methods have been provided. These descriptors or models include chordiograms, shape-aware deformable parts model, bag of boundaries, distance transform templates, natural 3D markers and facet features whereas the estimation methods include iterative clustering estimation, probabilistic networks and iterative genetic matching. Hybrid approaches that use handcrafted feature extraction followed by estimation by deep learning methods have been outlined. We have investigated and compared, wherever possible, pure deep learning based approaches (single stage and multi stage) for this problem. Comprehensive details of the various accuracy measures and metrics have been illustrated. For the purpose of giving a clear overview, the characteristics of relevant datasets are discussed. The trends that prevailed from the infancy of this problem until now have also been highlighted.Comment: Accepted at the International Joint Conference on Computer Vision and Pattern Recognition (CCVPR) 201

Multi-modal probabilistic indoor localization on a smartphone

The satellite-based Global Positioning System (GPS) provides robust localization on smartphones outdoors. In indoor environments, however, no system is close to achieving a similar level of ubiquity, with existing solutions offering different trade-offs in terms of accuracy, robustness and cost. In this paper, we develop a multi-modal positioning system, targeted at smartphones, which aims to get the best out of each of its constituent modalities. More precisely, we combine Bluetooth low energy (BLE) beacons, round-trip-time (RTT) enabled WiFi access points and the smartphone’s inertial measurement unit (IMU) to provide a cheap robust localization system that, unlike fingerprinting methods, requires no pre-training. To do this, we use a probabilistic algorithm based on a conditional random field (CRF). We show how to incorporate sparse visual information to improve the accuracy of our system, using pose estimation from pre-scanned visual landmarks, to calibrate the system online. Our method achieves an accuracy of around 2 meters on two realistic datasets, outperforming other distance-based localization approaches. We also compare our approach with an ultra-wideband (UWB) system. While we do not match the performance of UWB, our system is cheap, smartphone compatible and provides satisfactory performance for many applications

Place and Object Recognition for Real-time Visual Mapping

Este trabajo aborda dos de las principales dificultades presentes en los sistemas actuales de localización y creación de mapas de forma simultánea (del inglés Simultaneous Localization And Mapping, SLAM): el reconocimiento de lugares ya visitados para cerrar bucles en la trajectoria y crear mapas precisos, y el reconocimiento de objetos para enriquecer los mapas con estructuras de alto nivel y mejorar la interación entre robots y personas. En SLAM visual, las características que se extraen de las imágenes de una secuencia de vídeo se van acumulando con el tiempo, haciendo más laboriosos dos de los aspectos de la detección de bucles: la eliminación de los bucles incorrectos que se detectan entre lugares que tienen una apariencia muy similar, y conseguir un tiempo de ejecución bajo y factible en trayectorias largas. En este trabajo proponemos una técnica basada en vocabularios visuales y en bolsas de palabras para detectar bucles de manera robusta y eficiente, centrándonos en dos ideas principales: 1) aprovechar el origen secuencial de las imágenes de vídeo, y 2) hacer que todo el proceso pueda funcionar a frecuencia de vídeo. Para beneficiarnos del origen secuencial de las imágenes, presentamos una métrica de similaridad normalizada para medir el parecido entre imágenes e incrementar la distintividad de las detecciones correctas. A su vez, agrupamos los emparejamientos de imágenes candidatas a ser bucle para evitar que éstas compitan cuando realmente fueron tomadas desde el mismo lugar. Finalmente, incorporamos una restricción temporal para comprobar la coherencia entre detecciones consecutivas. La eficiencia se logra utilizando índices inversos y directos y características binarias. Un índice inverso acelera la comparación entre imágenes de lugares, y un índice directo, el cálculo de correspondencias de puntos entre éstas. Por primera vez, en este trabajo se han utilizado características binarias para detectar bucles, dando lugar a una solución viable incluso hasta para decenas de miles de imágenes. Los bucles se verifican comprobando la coherencia de la geometría de las escenas emparejadas. Para ello utilizamos varios métodos robustos que funcionan tanto con una como con múltiples cámaras. Presentamos resultados competitivos y sin falsos positivos en distintas secuencias, con imágenes adquiridas tanto a alta como a baja frecuencia, con cámaras frontales y laterales, y utilizando el mismo vocabulario y la misma configuración. Con descriptores binarios, el sistema completo requiere 22 milisegundos por imagen en una secuencia de 26.300 imágenes, resultando un orden de magnitud más rápido que otras técnicas actuales. Se puede utilizar un algoritmo similar al de reconocimiento de lugares para resolver el reconocimiento de objetos en SLAM visual. Detectar objetos en este contexto es particularmente complicado debido a que las distintas ubicaciones, posiciones y tamaños en los que se puede ver un objeto en una imagen son potencialmente infinitos, por lo que suelen ser difíciles de distinguir. Además, esta complejidad se multiplica cuando la comparación ha de hacerse contra varios objetos 3D. Nuestro esfuerzo en este trabajo está orientado a: 1) construir el primer sistema de SLAM visual que puede colocar objectos 3D reales en el mapa, y 2) abordar los problemas de escalabilidad resultantes al tratar con múltiples objetos y vistas de éstos. En este trabajo, presentamos el primer sistema de SLAM monocular que reconoce objetos 3D, los inserta en el mapa y refina su posición en el espacio 3D a medida que el mapa se va construyendo, incluso cuando los objetos dejan de estar en el campo de visión de la cámara. Esto se logra en tiempo real con modelos de objetos compuestos por información tridimensional y múltiples imágenes representando varios puntos de vista del objeto. Después nos centramos en la escalabilidad de la etapa del reconocimiento de los objetos 3D. Presentamos una técnica rápida para segmentar imágenes en regiones de interés para detectar objetos pequeños o lejanos. Tras ello, proponemos sustituir el modelo de objetos de vistas independientes por un modelado con una única bolsa de palabras de características binarias asociadas a puntos 3D. Creamos también una base de datos que incorpora índices inversos y directos para aprovechar sus ventajas a la hora de recuperar rápidamente tanto objetos candidatos a ser detectados como correspondencias de puntos, tal y como hacían en el caso de la detección de bucles. Los resultados experimentales muestran que nuestro sistema funciona en tiempo real en un entorno de escritorio con cámara en mano y en una habitación con una cámara montada sobre un robot autónomo. Las mejoras en el proceso de reconocimiento obtienen resultados satisfactorios, sin detecciones erróneas y con un tiempo de ejecución medio de 28 milisegundos por imagen con una base de datos de 20 objetos 3D

CrowdFusion: Multi-Signal Fusion SLAM Positioning Leveraging Visible Light

With the fast development of location-based services, an ubiquitous indoor positioning approach with high accuracy and low calibration has become increasingly important. In this work, we target on a crowdsourcing approach with zero calibration effort based on visible light, magnetic field and WiFi to achieve sub-meter accuracy. We propose a CrowdFusion Simultaneous Localization and Mapping (SLAM) comprised of coarse-grained and fine-grained trace merging respectively based on the Iterative Closest Point (ICP) SLAM and GraphSLAM. ICP SLAM is proposed to correct the relative locations and directions of crowdsourcing traces and GraphSLAM is further adopted for fine-grained pose optimization. In CrowdFusion SLAM, visible light is used to accurately detect loop closures and magnetic field to extend the coverage. According to the merged traces, we construct a radio map with visible light and WiFi fingerprints. An enhanced particle filter fusing inertial sensors, visible light, WiFi and floor plan is designed, in which visible light fingerprinting is used to improve the accuracy and increase the resampling/rebooting efficiency. We evaluate CrowdFusion based on comprehensive experiments. The evaluation results show a mean accuracy of 0.67m for the merged traces and 0.77m for positioning, merely replying on crowdsourcing traces without professional calibration

Semantic 3D Occupancy Mapping through Efficient High Order CRFs

Semantic 3D mapping can be used for many applications such as robot navigation and virtual interaction. In recent years, there has been great progress in semantic segmentation and geometric 3D mapping. However, it is still challenging to combine these two tasks for accurate and large-scale semantic mapping from images. In the paper, we propose an incremental and (near) real-time semantic mapping system. A 3D scrolling occupancy grid map is built to represent the world, which is memory and computationally efficient and bounded for large scale environments. We utilize the CNN segmentation as prior prediction and further optimize 3D grid labels through a novel CRF model. Superpixels are utilized to enforce smoothness and form robust P N high order potential. An efficient mean field inference is developed for the graph optimization. We evaluate our system on the KITTI dataset and improve the segmentation accuracy by 10% over existing systems.Comment: IROS 201