High-Precision Localization Using Ground Texture

Location-aware applications play an increasingly critical role in everyday life. However, satellite-based localization (e.g., GPS) has limited accuracy and can be unusable in dense urban areas and indoors. We introduce an image-based global localization system that is accurate to a few millimeters and performs reliable localization both indoors and outside. The key idea is to capture and index distinctive local keypoints in ground textures. This is based on the observation that ground textures including wood, carpet, tile, concrete, and asphalt may look random and homogeneous, but all contain cracks, scratches, or unique arrangements of fibers. These imperfections are persistent, and can serve as local features. Our system incorporates a downward-facing camera to capture the fine texture of the ground, together with an image processing pipeline that locates the captured texture patch in a compact database constructed offline. We demonstrate the capability of our system to robustly, accurately, and quickly locate test images on various types of outdoor and indoor ground surfaces

Leading Undergraduate Students to Big Data Generation

People are facing a flood of data today. Data are being collected at unprecedented scale in many areas, such as networking, image processing, virtualization, scientific computation, and algorithms. The huge data nowadays are called Big Data. Big data is an all encompassing term for any collection of data sets so large and complex that it becomes difficult to process them using traditional data processing applications. In this article, the authors present a unique way which uses network simulator and tools of image processing to train students abilities to learn, analyze, manipulate, and apply Big Data. Thus they develop students handson abilities on Big Data and their critical thinking abilities. The authors used novel image based rendering algorithm with user intervention to generate realistic 3D virtual world. The learning outcomes are significant

Investigation on the automatic geo-referencing of archaeological UAV photographs by correlation with pre-existing ortho-photos

We present a method for the automatic geo-referencing of archaeological photographs captured aboard unmanned aerial vehicles (UAVs), termed UPs. We do so by help of pre-existing ortho-photo maps (OPMs) and digital surface models (DSMs). Typically, these pre-existing data sets are based on data that were captured at a widely different point in time. This renders the detection (and hence the matching) of homologous feature points in the UPs and OPMs infeasible mainly due to temporal variations of vegetation and illumination. Facing this difficulty, we opt for the normalized cross correlation coefficient of perspectively transformed image patches as the measure of image similarity. Applying a threshold to this measure, we detect candidates for homologous image points, resulting in a distinctive, but computationally intensive method. In order to lower computation times, we reduce the dimensionality and extents of the search space by making use of a priori knowledge of the data sets. By assigning terrain heights interpolated in the DSM to the image points found in the OPM, we generate control points. We introduce respective observations into a bundle block, from which gross errors i.e. false matches are eliminated during its robust adjustment. A test of our approach on a UAV image data set demonstrates its potential and raises hope to successfully process large image archives

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