Augmented indoor hybrid maps using catadioptric vision

En este Trabajo de Fin de Máster se presenta un nuevo método para crear mapas semánticos a partir de secuencias de imágenes omnidireccionales. El objetivo es diseñar el nivel superior de un mapa jerárquico: mapa semántico o mapa topológico aumentado, aprovechando y adaptando este tipo de cámaras. La segmentación de la secuencia de imágenes se realiza distinguiendo entre Lugares y Transiciones, poniendo especial énfasis en la detección de estas Transiciones ya que aportan una información muy útil e importante al mapa. Dentro de los Lugares se hace una clasificación más detallada entre pasillos y habitaciones de distintos tipos. Y dentro de las Transiciones distinguiremos entre puertas, jambas, escaleras y ascensores, que son los principales tipos de Transiciones que aparecen en escenarios de interior. Para la segmentación del espacio en estos tipos de áreas se han utilizado solo descriptores de imagen globales, en concreto Gist. La gran ventaja de usar este tipo de descriptores es la mayor eficiencia y compacidad frente al uso de descriptores locales. Además para mantener la consistencia espacio-temporal de la secuencia de imágenes, se hace uso de un modelo probabilístico: Modelo Oculto de Markov (HMM). A pesar de la simplicidad del método, los resultados muestran cómo es capaz de realizar una segmentación de la secuencia de imágenes en clusters con significado para las personas. Todos los experimentos se han llevado a cabo utilizando nuestro nuevo data set de imágenes omnidireccionales, capturado con una cámara montada en un casco, por lo que la secuencia sigue el movimiento de una persona durante su desplazamiento dentro de un edificio. El data set se encuentra público en Internet para que pueda ser utilizado en otras investigaciones

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

Computational intelligence approaches to robotics, automation, and control [Volume guest editors]

No abstract available

Mobile Robots Navigation

Mobile robots navigation includes different interrelated activities: (i) perception, as obtaining and interpreting sensory information; (ii) exploration, as the strategy that guides the robot to select the next direction to go; (iii) mapping, involving the construction of a spatial representation by using the sensory information perceived; (iv) localization, as the strategy to estimate the robot position within the spatial map; (v) path planning, as the strategy to find a path towards a goal location being optimal or not; and (vi) path execution, where motor actions are determined and adapted to environmental changes. The book addresses those activities by integrating results from the research work of several authors all over the world. Research cases are documented in 32 chapters organized within 7 categories next described

Low-Resolution Vision for Autonomous Mobile Robots

The goal of this research is to develop algorithms using low-resolution images to perceive and understand a typical indoor environment and thereby enable a mobile robot to autonomously navigate such an environment. We present techniques for three problems: autonomous exploration, corridor classification, and minimalistic geometric representation of an indoor environment for navigation. First, we present a technique for mobile robot exploration in unknown indoor environments using only a single forward-facing camera. Rather than processing all the data, the method intermittently examines only small 32X24 downsampled grayscale images. We show that for the task of indoor exploration the visual information is highly redundant, allowing successful navigation even using only a small fraction (0.02%) of the available data. The method keeps the robot centered in the corridor by estimating two state parameters: the orientation within the corridor and the distance to the end of the corridor. The orientation is determined by combining the results of five complementary measures, while the estimated distance to the end combines the results of three complementary measures. These measures, which are predominantly information-theoretic, are analyzed independently, and the combined system is tested in several unknown corridor buildings exhibiting a wide variety of appearances, showing the sufficiency of low-resolution visual information for mobile robot exploration. Because the algorithm discards such a large percentage (99.98%) of the information both spatially and temporally, processing occurs at an average of 1000 frames per second, or equivalently takes a small fraction of the CPU. Second, we present an algorithm using image entropy to detect and classify corridor junctions from low resolution images. Because entropy can be used to perceive depth, it can be used to detect an open corridor in a set of images recorded by turning a robot at a junction by 360 degrees. Our algorithm involves detecting peaks from continuously measured entropy values and determining the angular distance between the detected peaks to determine the type of junction that was recorded (either middle, L-junction, T-junction, dead-end, or cross junction). We show that the same algorithm can be used to detect open corridors from both monocular as well as omnidirectional images. Third, we propose a minimalistic corridor representation consisting of the orientation line (center) and the wall-floor boundaries (lateral limit). The representation is extracted from low-resolution images using a novel combination of information theoretic measures and gradient cues. Our study investigates the impact of image resolution upon the accuracy of extracting such a geometry, showing that centerline and wall-floor boundaries can be estimated with reasonable accuracy even in texture-poor environments with low-resolution images. In a database of 7 unique corridor sequences for orientation measurements, less than 2% additional error was observed as the resolution of the image decreased by 99.9%

Biologically Motivated Novel Localization Paradigm by High-Level Multiple Object Recognition in Panoramic Images

This paper presents the novel paradigm of a global localization method motivated by human visual systems (HVSs). HVSs actively use the information of the object recognition results for self-position localization and for viewing direction. The proposed localization paradigm consisted of three parts: panoramic image acquisition, multiple object recognition, and grid-based localization. Multiple object recognition information from panoramic images is utilized in the localization part. High-level object information was useful not only for global localization, but also for robot-object interactions. The metric global localization (position, viewing direction) was conducted based on the bearing information of recognized objects from just one panoramic image. The feasibility of the novel localization paradigm was validated experimentally