Panoramic Image Processing and Route Navigation
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- Bertold Kruse
- vor 6 Jahren
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1 Panoramic Image Processing and Route Navigation Verarbeitung von Panoramabildern und Routennavigation Promotionskolloquium von Dipl. Inform. Thomas Röfer FB3 Informatik Universität Bremen
2 Gliederung Verarbeitung von Panoramabildern (Panama) Bestimmung des Bewegungsflußfeldes Berechnung der Bewegungsparameter Metrische Selbstlokalisation mit Panama Routennavigation Panoramabildbasierte Routennavigation Repräsentation von Routen Verhaltensbasierte Routennavigation Grundverhalten Erkennung künstlicher Wegmarken Routenverfolgung Fehlerbehandlung Ausblick
3 Verarbeitung von Panoramabildern Optisch geführte Navigation bei Bienen (Cartwright und Collett 983)
4 Sensor zur Aufnahme von Panoramabildern horizontale Ebene sphärischer Spiegel Kamera Intensität π 2π/3 π/3 0 π/3 2π/3 π Richtung
5 Zuordnung von Regionen in Panoramabildern 0 π 0 π π 0 π 0 π 0 π Richtung Intensität Intensität Intensität 0 Richtung Richtung
6 Grundidee. Bild 2. Bild wähle ein Pixel aus dem. Bild initialisieren trainieren 4096x suche im 2. Bild nach dem ähnlichsten Pixel-Paar Zuordnung adaptiere Positionen im. Bild in σ-nachbarschaft
7 Eindimensionale Merkmalskarte Adaptation Ähnlichkeit Position y i Rot +. Ableitung Grün +. Ableitung Blau +. Ableitung
8 Ähnlichkeitssuche y jt σ y jt? y jt +σ w j J w j J w i I + w j J w i I + w i I + w i I w i I w i I
9 Adaptationsschritt y jt σ y jt y jt +σ x best Adaptationsschritt
10 Translatorischer und rotatorischer Bewegungsfluß
11 Zerlegung des Bewegungsflusses in Rotation und Translation Bewegungsfluß Rotation translatorischer Fluß
12 Bestimmung der Translationsrichtung FOE FOC
13 Ergebnisse max. Rotationsfehler Rauschen als Potenz von ½ Rauschen als Potenz von ½ ø-rotationsfehler Rauschen als Potenz von ½ max. Richtungsfehler ø-richtungsfehler Rauschen als Potenz von ½
14 Metrische Selbstlokalisation mit Panama!?
15 Routennavigation Die Taxonomie der Navigation Karte Route Ortsbezeichner Strategische Navigation Taktische Navigation Elementare Navigationstaktiken Grundverhalten Überblickswissen Routenwissen Innen- und Außenraum Landmarken Gangsysteme Wegmarken
16 Realisierte Navigationsverfahren Routenkarte Karte Route Strategische Navigation Taktische Navigation Überblickswissen Routenwissen Elementare Navigationstaktiken Ortsbezeichner Grundverhalten Innen- und Außenraum Gangsysteme Wegverfolgung Landmarken Wegmarken Wegverfolgung Vorgeben von Fahrbefehlen Vorgeben von Grundverhalten Wegmarkenkonstellationen Panoramabilder optisch geführte Grundverhalten distanzgeführte Grundverhalten
17 Erster Prototyp Der Bremer Autonome Rollstuhl 34 cm x 72 cm Frontantrieb Hecklenkung PC + 5 Microcontroller an Bord Sensoren 2 taktile Sensoren 6 Infrarotsensoren 8 Ultraschallsensoren mit großem Öffnungswinkel (80 ) 8 Ultraschallsensoren mit kleinem Öffnungswinkel (7 ) Kamera Odometrie
18 Panoramabildbasierte Routennavigation Basisgleichung Zielposition Peilrichtung δ Rotation ω ω 2 = δ aktuelle Position
19 Repräsentation von Routen als Bildfolgen ω 2 / δ
20 Autonome Fahrt ω ε = + δ 2 Wenn der translatorische Fluß groß ist, reduziere ε, ansonsten reduziere ω.
21 Experimente und Ergebnisse
22 Verhaltensbasierte Routennavigation Sensorische Teilsysteme taktile Sensoren Kollisionsdetektion Lenkungsdämpfung Navigation Ultraschallsensoren Infrarotsensoren
23 Kurzzeitgedächtnis Speichert die lokale Umgebung des Rollstuhls Größe 4 x 4 m² Einträge löschen nach 30 Sekunden vergessen dynamischer Hindernisse Eingabe 6 schmale und 2 breite Ultraschallsensoren 6 Infrarotsensoren Ausgabe 4 virtuelle Sensoren Lokale Hinderniskarte
24 Verhalten Gangzentrierung Wandverfolgung links/rechts Einbiegen in die linke/rechte Tür Richtungsverfolgung vorwärts/rückwärts Anhalten Arbeitsweise Vorwärts bis Kollision dann 50 cm zurück und wieder vorwärts Grundverhalten
25 Künstliche Wegmarken 5
26 Lokale Wegmarkenkarte Kurzzeitgedächtnis Speichert die Wegmarken in der lokalen Umgebung des Rollstuhls Radius 5 m 7 2 Symbole X Wegmarke X Kamera auf dem Schwenkkopf 9
27 Lehren von Routen Verhalten Gangzentrierung 5 9 Wandverfolgung links Wandverfolgung rechts 2 Anhalten Wegmarken X Wegmarke X Wegmarkenkonstellation 2
28 Autonomes Weiterschalten von Verhalten ! 7 7 nein ja
29 Mögliche Fehler Fehler Keine Wegmarke wird gefunden Verhalten wird fehlerhaft ausgeführt Beenden fehlerhafter Verhalten Verhalten dauert zu lange Andere Wegmarken gefunden
30 Route zurückverfolgen Methode Keine inversen Verhalten Speichern der Odometriepositionen während der Verhaltensausführung Rückgängig machen durch Zurückverfolgen entlang gespeicherter Positionen mit Richtungsverfolgung rückwärts - Verhalten Taktik Zurückverfolgen des letzten Segments, Suche nach Wegmarken Wiederholen des letzten Segments Zurückverfolgen der letzten 2 Segmente Wiederholen der letzten 2 Segmente etc
31 Ausblick Verarbeitung von Panoramabildern Verwendung eines hochwertigeren Sensors, dadurch eingeschränkte Beleuchtungsunabhängigkeit Anwendung auf Navigation und Lokalisation im 3D-Raum Routennavigation Grundverhalten für den 2. Prototyp Integration der Grundverhalten in die panoramabildbasierte Routennavigation Nutzung von Panoramabildern als Wegmarken in der verhaltensbasierten Routennavigation Integration von 3D-Marken als Wegmarken
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