Omnidirectional Vision Based Topological Navigation

Goedemé T., Van Gool L., ''Omnidirectional vision based topological navigation'', Mobile robots navigation, pp. 172-196, Barrera Alejandra, ed., March 2010, InTech.status: publishe

Control de robots móviles mediante visión omnidireccional utilizando la geometría de tres vistas

Este trabajo trata acerca del control visual de robot móviles. Dentro de este campo tan amplio de investigación existen dos elementos a los que prestaremos especial atención: la visión omnidireccional y los modelos geométricos multi-vista. Las cámaras omnidireccionales proporcionan información angular muy precisa, aunque presentan un grado de distorsión significativo en dirección radial. Su cualidad de poseer un amplio campo de visión hace que dichas cámaras sean apropiadas para tareas de navegación robótica. Por otro lado, el uso de los modelos geométricos que relacionan distintas vistas de una escena permite rechazar emparejamientos erróneos de características visuales entre imágenes, y de este modo robustecer el proceso de control mediante visión. Nuestro trabajo presenta dos técnicas de control visual para ser usadas por un robot moviéndose en el plano del suelo. En primer lugar, proponemos un nuevo método para homing visual, que emplea la información dada por un conjunto de imágenes de referencia adquiridas previamente en el entorno, y las imágenes que toma el robot a lo largo de su movimiento. Con el objeto de sacar partido de las cualidades de la visión omnidireccional, nuestro método de homing es puramente angular, y no emplea información alguna sobre distancia. Esta característica, unida al hecho de que el movimiento se realiza en un plano, motiva el empleo del modelo geométrico dado por el tensor trifocal 1D. En particular, las restricciones geométricas impuestas por dicho tensor, que puede ser calculado a partir de correspondencias de puntos entre tres imágenes, mejoran la robustez del control en presencia de errores de emparejamiento. El interés de nuestra propuesta reside en que el método de control empleado calcula las velocidades del robot a partir de información únicamente angular, siendo ésta muy precisa en las cámaras omnidireccionales. Además, presentamos un procedimiento que calcula las relaciones angulares entre las vistas disponibles de manera indirecta, sin necesidad de que haya información visual compartida entre todas ellas. La técnica descrita se puede clasificar como basada en imagen (image-based), dado que no precisa estimar la localización ni utiliza información 3D. El robot converge a la posición objetivo sin conocer la información métrica sobre la trayectoria seguida. Para algunas aplicaciones, como la evitación de obstáculos, puede ser necesario disponer de mayor información sobre el movimiento 3D realizado. Con esta idea en mente, presentamos un nuevo método de control visual basado en entradas sinusoidales. Las sinusoides son funciones con propiedades matemáticas bien conocidas y de variación suave, lo cual las hace adecuadas para su empleo en maniobras de aparcamiento de vehículos. A partir de las velocidades de variación sinusoidal que definimos en nuestro diseño, obtenemos las expresiones analíticas de la evolución de las variables de estado del robot. Además, basándonos en dichas expresiones, proponemos un método de control mediante realimentación del estado. La estimación del estado del robot se obtiene a partir del tensor trifocal 1D calculado entre la vista objetivo, la vista inicial y la vista actual del robot. Mediante este control sinusoidal, el robot queda alineado con la posición objetivo. En un segundo paso, efectuamos la corrección de la profundidad mediante una ley de control definida directamente en términos del tensor trifocal 1D. El funcionamiento de los dos controladores propuestos en el trabajo se ilustra mediante simulaciones, y con el objeto de respaldar su viabilidad se presentan análisis de estabilidad y resultados de simulaciones y de experimentos con imágenes reales

Body-relative navigation guidance using uncalibrated cameras

Thesis (Ph. D.)--Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Electrical Engineering and Computer Science, 2010.Cataloged from PDF version of thesis.Includes bibliographical references (p. 89-97) and index.The ability to navigate through the world is an essential capability to humans. In a variety of situations, people do not have the time, the opportunity or the capability to learn the layout of the environment before visiting an area. Examples include soldiers in the field entering an unknown building, firefighters responding to an emergency, or a visually impaired person walking through the city. In absence of external source of localization (such as GPS), the system must rely on internal sensing to provide navigation guidance to the user. In order to address real-world situations, the method must provide spatially extended, temporally consistent navigation guidance, through cluttered and dynamic environments. While recent research has largely focused on metric methods based on calibrated cameras, the work presented in this thesis demonstrates a novel approach to navigation using uncalibrated cameras. During the first visit of the environment, the method builds a topological representation of the user's exploration path, which we refer to as the place graph. The method then provides navigation guidance from any place to any other in the explored environment. On one hand, a localization algorithm determines the location of the user in the graph. On the other hand, a rotation guidance algorithm provides a directional cue towards the next graph node in the user's body frame. Our method makes little assumption about the environment except that it contains descriptive visual features. It requires no intrinsic or extrinsic camera calibration, and relies instead on a method that learns the correlation between user rotation and feature correspondence across cameras. We validate our approach using several ground truth datasets. In addition, we show that our approach is capable of guiding a robot equipped with a local obstacle avoidance capability through real, cluttered environments. Finally, we validate our system with nine untrained users through several kilometers of indoor environments.by Olivier Koch.Ph.D

Omnidirectional Camera untuk Positioning Robot Soccer dengan Metode 2-Fixed-Point

Kamera omnidireksional banyak digunakan sebagai sensor utama pada robot soccer yang bertanding dalam kompetisi Robocup Junior League. Hal ini dikarenakan kamera omnidirectional mampu menangkap gambar dari area sekitar robot pada sudut pandang 360 derajat hanya dalam satu frame gambar. Selanjutnya, informasi dari gambar tersebut dapat digunakan untuk menentukan lokasi robot di lapangan. Lokasi yang didapat merupakan data yang sangat penting sebagai dasar untuk menentukan kontrol, strategi, dan koordinasi robot. Pada penelitian ini, sebuah sistem kamera omnidireksional untuk self localization robot soccer dengan metode 2 fixed-point telah berhasil diimplementasikan. Sistem yang dirancang berhasil mendapatkan gambar 360 derajat disekitar robot, sekaligus lokasi robot dilapangan. Dari hasil pengujian, sistem yang dirancang telah berhasil melakukan self localization dengan tingkat akurasi hingga 92,9% pada sumbu x dan 92,1% pada sumbu y