Anwendung einer Monokularen Kamera als Bewegungs-Sensor für Mobile Roboter p.1

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Mathias Kopp
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1 Anwendung einer Monokularen Kamera als Bewegungs-Sensor für Mobile Roboter Tobias Pietzsch Anwendung einer Monokularen Kamera als Bewegungs-Sensor für Mobile Roboter p.1

2 Zielstellung Kamera als Sensor für mobile Roboter Rekonstruktion eines Pfades aus Bildsequenz Echtzeitfähigkeit Implementierung und Test Gegenüberstellung mit anderen Verfahren Anwendung einer Monokularen Kamera als Bewegungs-Sensor für Mobile Roboter p.2

Implementierung und Test Gegenüberstellung mit anderen

3 Gliederung Sequentielle Orientierung von Bildtripeln Nutzung redundanter Informationen Feature Tracker Ausreißer - Erkennung Ergebnisse Zusammenfassung Anwendung einer Monokularen Kamera als Bewegungs-Sensor für Mobile Roboter p.3

Ausreißer - Erkennung Ergebnisse Zusammenfassung

4 Sequentielle Orientierung von Bildtripeln Eingabe: Folge von Bildern Punktkorrespondenzen Ausgabe: Folge von Kamerapositionen Schritte: 1. Relative Orientierung von Bildpaaren 2. Zusammensetzung zu Bildtripeln 3. Zusammensetzung zu einem kompletten Pfad Anwendung einer Monokularen Kamera als Bewegungs-Sensor für Mobile Roboter p.4

Relative Orientierung von Bildpaaren 2. Zusammensetzung zu Bildtripeln 3.

5 Sequentielle Orientierung von Bildtripeln X? x x? e e C C Epipolarbedingung: x Ex = 0 Essential Matrix: E = [t] R E ist aus 8 Punktpaaren bestimmbar Rekonstruktion nur bis auf Skalierung möglich Anwendung einer Monokularen Kamera als Bewegungs-Sensor für Mobile Roboter p.5

ist aus 8 Punktpaaren bestimmbar Rekonstruktion nur bis auf

6 Sequentielle Orientierung von Bildtripeln Aufeinanderfolgende Kamerapaare Maßstabsbestimmung mit Hilfe triangulierter 3-D Punkte X 2,3 X X 1,2 P 1 P 2 P 3 P 1 P 2 P 2 P 3 Anwendung einer Monokularen Kamera als Bewegungs-Sensor für Mobile Roboter p.6

Punkte X 2,3 X X 1,2 P 1 P 2 P 3 P 1 P 2 P 2 P 3 Anwendung

7 Sequentielle Orientierung von Bildtripeln Zusammensetzen der Kameratripel Problem: ungünstige Fehlerfortpflanzung P 1 P 2 P 1 P 2 P 1 P 2 Anwendung einer Monokularen Kamera als Bewegungs-Sensor für Mobile Roboter p.7

Fehlerfortpflanzung P 1 P 2 P 1 P 2 P 1 P 2 Anwendung

8 Nutzung redundanter Informationen Features werden über mehrere Bilder hinweg verfolgt Relative Orientierung auch für nicht-benachbarte Bildpaare berechnen Mehrere inkonsistente Schätzungen müssen zusammengeführt werden Lösung: Linear Consistency Models for Motion Estimation Anwendung einer Monokularen Kamera als Bewegungs-Sensor für Mobile Roboter p.8

inkonsistente Schätzungen müssen zusammengeführt werden Lösung: Linear Consistency

9 Lineares Konsistenzmodell M ij P i P j Für konsistente Lösung gilt M i M j M j = M ij M i Überbestimmtes Gleichungssystem M ij M i M j = 0 Least Squares Lösung Anwendung einer Monokularen Kamera als Bewegungs-Sensor für Mobile Roboter p.9

Gleichungssystem M ij M i M j = 0 Least Squares Lösung

10 Lineares Konsistenzmodell Umsetzbar nur für Rotation Algorithmus: Orientierung von Bildpaaren Bestimmung konsistenter Rotationen Neuorientierung aufeinanderfolgender Bildpaare, Rotationen fixiert Sequentielle Orientierung von Bildtripeln Anwendung einer Monokularen Kamera als Bewegungs-Sensor für Mobile Roboter p.10

aufeinanderfolgender Bildpaare, Rotationen fixiert Sequentielle Orientierung

11 Kanade-Lucas-Tomasi Feature Tracker Dissimilarität in Abhängigkeit von Verschiebungsvektor d ɛ = W [J(x + d) I(x)]2 dx Taylorreihenapproximation, Linearisierung Minimum finden Zd = e I, J d Iteration (Newton-Raphson) x Anwendung einer Monokularen Kamera als Bewegungs-Sensor für Mobile Roboter p.11

Linearisierung Minimum finden Zd = e I, J d Iteration (Newton-Raphson) x

12 Kanade-Lucas-Tomasi Ergebnisse Anwendung einer Monokularen Kamera als Bewegungs-Sensor für Mobile Roboter p.12

13 Fehlerhafte Punktkorrespondenzen Anwendung einer Monokularen Kamera als Bewegungs-Sensor für Mobile Roboter p.13

14 Ausreißer - Erkennung RANdom SAmple Consensus (RANSAC) Hypothese aus minimaler Stichprobe Hypothese mit maximaler Unterstützung gewinnt Anwendung einer Monokularen Kamera als Bewegungs-Sensor für Mobile Roboter p.14

mit maximaler Unterstützung gewinnt Anwendung einer

15 Experimentelle Ergebnisse start end Anwendung einer Monokularen Kamera als Bewegungs-Sensor für Mobile Roboter p.15

16 Experimentelle Ergebnisse Vergleich mit Bündelblockausgleichung Iteratives Optimierungsverfahren Gesamte Sequenz wird betrachtet Gute Initialisierung nötig Anwendung einer Monokularen Kamera als Bewegungs-Sensor für Mobile Roboter p.16

Gesamte Sequenz wird betrachtet Gute Initialisierung nötig

17 Experimentelle Ergebnisse odometry consistency triples orient 9000 start end Anwendung einer Monokularen Kamera als Bewegungs-Sensor für Mobile Roboter p.17

17500 18000 18500 19000 19500 20000 20500 Anwendung einer

18 Zusammenfassung Verbesserung von sequentielle Orientierung von Bildtripeln durch Nutzung redundanter Informationen. Effiziente Implementierung aller nötigen Vorverarbeitungsschritte. Echtzeitfähiger Ansatz zur kamerabasierten Positionsbestimmung. Geeignet für Anwendungen in denen Odometriesensoren nicht verfügbar sind. Anwendung einer Monokularen Kamera als Bewegungs-Sensor für Mobile Roboter p.18

Echtzeitfähiger Ansatz zur kamerabasierten Positionsbestimmung.

19 3D Rekonstruktion Anwendung einer Monokularen Kamera als Bewegungs-Sensor für Mobile Roboter p.19

20 Architektur Bundle Adjustment Structure from Motion Outlier Detector files synchronized feature data Map Module Data Client map data odometry features datums Path Planner motion cmds Saphira Feature Detector sensor readings actuator settings images range scans P2OS Camera Laser Anwendung einer Monokularen Kamera als Bewegungs-Sensor für Mobile Roboter p.20

cmds Saphira Feature Detector sensor readings actuator settings images range scans P2OS

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