Stairs detection with odometry-aided traversal from a wearable RGB-D camera

Stairs are one of the most common structures present in human-made scenarios, but also one of the most dangerous for those with vision problems. In this work we propose a complete method to detect, locate and parametrise stairs with a wearable RGB-D camera. Our algorithm uses the depth data to determine if the horizontal planes in the scene are valid steps of a staircase judging their dimensions and relative positions. As a result we obtain a scaled model of the staircase with the spatial location and orientation with respect to the subject. The visual odometry is also estimated to continuously recover the current position and orientation of the user while moving. This enhances the system giving the ability to come back to previously detected features and providing location awareness of the user during the climb. Simultaneously, the detection of the staircase during the traversal is used to correct the drift of the visual odometry. A comparison of results of the stair detection with other state-of-the-art algorithms was performed using public dataset. Additional experiments have also been carried out, recording our own natural scenes with a chest-mounted RGB-D camera in indoor scenarios. The algorithm is robust enough to work in real-time and even under partial occlusions of the stair

An indoor navigation architecture using variable data sources for blind and visually impaired persons

Contrary to outdoor positioning and navigation systems, there isn’t a counterpart global solution for indoor environments. Usually, the deployment of an indoor positioning system must be adapted case by case, according to the infrastructure and the objective of the localization. A particularly delicate case is related with persons who are blind or visually impaired. A robust and easy to use indoor navigation solution would be extremely useful, but this would also be particularly difficult to develop, given the special requirements of the system that would have to be more accurate and user friendly than a general solution. This paper presents a contribute to this subject, by proposing a hybrid indoor positioning system adaptable to the surrounding indoor structure, and dealing with different types of signals to increase accuracy. This would permit lower the deployment costs, since it could be done gradually, beginning with the likely existing Wi-Fi infrastructure to get a fairy accuracy up to a high accuracy using visual tags and NFC tags when necessary and possible.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

RASPV: A robotics framework for augmented simulated prosthetic vision

One of the main challenges of visual prostheses is to augment the perceived information to improve the experience of its wearers. Given the limited access to implanted patients, in order to facilitate the experimentation of new techniques, this is often evaluated via Simulated Prosthetic Vision (SPV) with sighted people. In this work, we introduce a novel SPV framework and implementation that presents major advantages with respect to previous approaches. First, it is integrated into a robotics framework, which allows us to benefit from a wide range of methods and algorithms from the field (e.g. object recognition, obstacle avoidance, autonomous navigation, deep learning). Second, we go beyond traditional image processing with 3D point clouds processing using an RGB-D camera, allowing us to robustly detect the floor, obstacles and the structure of the scene. Third, it works either with a real camera or in a virtual environment, which gives us endless possibilities for immersive experimentation through a head-mounted display. Fourth, we incorporate a validated temporal phosphene model that replicates time effects into the generation of visual stimuli. Finally, we have proposed, developed and tested several applications within this framework, such as avoiding moving obstacles, providing a general understanding of the scene, staircase detection, helping the subject to navigate an unfamiliar space, and object and person detection. We provide experimental results in real and virtual environments. The code is publicly available at https://www.github.com/aperezyus/RASP

Deep Learning for 3D Visual Perception

La percepción visual 3D se refiere al conjunto de problemas que engloban la reunión de información a través de un sensor visual y la estimación la posición tridimensional y estructura de los objetos y formaciones al rededor del sensor. Algunas funcionalidades como la estimación de la ego moción o construcción de mapas are esenciales para otras tareas de más alto nivel como conducción autónoma o realidad aumentada. En esta tesis se han atacado varios desafíos en la percepción 3D, todos ellos útiles desde la perspectiva de SLAM (Localización y Mapeo Simultáneos) que en si es un problema de percepción 3D.Localización y Mapeo Simultáneos –SLAM– busca realizar el seguimiento de la posición de un dispositivo (por ejemplo de un robot, un teléfono o unas gafas de realidad virtual) con respecto al mapa que está construyendo simultáneamente mientras la plataforma explora el entorno. SLAM es una tecnología muy relevante en distintas aplicaciones como realidad virtual, realidad aumentada o conducción autónoma. SLAM Visual es el termino utilizado para referirse al problema de SLAM resuelto utilizando unicamente sensores visuales. Muchas de las piezas del sistema ideal de SLAM son, hoy en día, bien conocidas, maduras y en muchos casos presentes en aplicaciones. Sin embargo, hay otras piezas que todavía presentan desafíos de investigación significantes. En particular, en los que hemos trabajado en esta tesis son la estimación de la estructura 3D al rededor de una cámara a partir de una sola imagen, reconocimiento de lugares ya visitados bajo cambios de apariencia drásticos, reconstrucción de alto nivel o SLAM en entornos dinámicos; todos ellos utilizando redes neuronales profundas.Estimación de profundidad monocular is la tarea de percibir la distancia a la cámara de cada uno de los pixeles en la imagen, utilizando solo la información que obtenemos de una única imagen. Este es un problema mal condicionado, y por lo tanto es muy difícil de inferir la profundidad exacta de los puntos en una sola imagen. Requiere conocimiento de lo que se ve y del sensor que utilizamos. Por ejemplo, si podemos saber que un modelo de coche tiene cierta altura y también sabemos el tipo de cámara que hemos utilizado (distancia focal, tamaño de pixel...); podemos decir que si ese coche tiene cierta altura en la imagen, por ejemplo 50 pixeles, esta a cierta distancia de la cámara. Para ello nosotros presentamos el primer trabajo capaz de estimar profundidad a partir de una sola vista que es capaz de obtener un funcionamiento razonable con múltiples tipos de cámara; como un teléfono o una cámara de video.También presentamos como estimar, utilizando una sola imagen, la estructura de una habitación o el plan de la habitación. Para este segundo trabajo, aprovechamos imágenes esféricas tomadas por una cámara panorámica utilizando una representación equirectangular. Utilizando estas imágenes recuperamos el plan de la habitación, nuestro objetivo es reconocer las pistas en la imagen que definen la estructura de una habitación. Nos centramos en recuperar la versión más simple, que son las lineas que separan suelo, paredes y techo.Localización y mapeo a largo plazo requiere dar solución a los cambios de apariencia en el entorno; el efecto que puede tener en una imagen tomarla en invierno o verano puede ser muy grande. Introducimos un modelo multivista invariante a cambios de apariencia que resuelve el problema de reconocimiento de lugares de forma robusta. El reconocimiento de lugares visual trata de identificar un lugar que ya hemos visitado asociando pistas visuales que se ven en las imágenes; la tomada en el pasado y la tomada en el presente. Lo preferible es ser invariante a cambios en punto de vista, iluminación, objetos dinámicos y cambios de apariencia a largo plazo como el día y la noche, las estaciones o el clima.Para tener funcionalidad a largo plazo también presentamos DynaSLAM, un sistema de SLAM que distingue las partes estáticas y dinámicas de la escena. Se asegura de estimar su posición unicamente basándose en las partes estáticas y solo reconstruye el mapa de las partes estáticas. De forma que si visitamos una escena de nuevo, nuestro mapa no se ve afectado por la presencia de nuevos objetos dinámicos o la desaparición de los anteriores.En resumen, en esta tesis contribuimos a diferentes problemas de percepción 3D; todos ellos resuelven problemas del SLAM Visual.<br /