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Type Master's Thesis
Scope Discipline-based scholarship
Title Vision-based Indoor 3D Reconstruction and Navigation
Organization Unit
Authors
  • Christian Vonesch
Supervisors
  • Thomas Hübner
  • Renato Pajarola
Institution University of Zurich
Faculty Faculty of Economics, Business Administration and Information Technology
Date 2008
Abstract Text The significance of image processing in the area of robotics has been constantly growing over the course of time. The main reason for this is the fact, that with a camera more information can be gained, compared to other sensory systems. This work takes a focus on the above mentioned aspects and tries to combine these two areas. In order for a robot to find its way completely autonomously in unknown surroundings, the construction of a internal map is of large importance. In this work an algorithm for reconstruction of a three-dimensional structured space using a stereocamera and a laser beam is presented. For this purpose the principle of Laser-Triangulation and Stereoprocessing is used. To be able to recognise the laser line on the camera screen for big distances, a procedure which is based on the subtraction of pictures is introduced. Every point of view is captured twice, once without the laser beam and the second time with the laser beam on. The resulting difference of these two images is the laser beam. In order to measure out the complete room, several Scans are required. Therefore the robot must be able to move autonomously through the room, while avoiding all obstacles. To enable the robot to avoid the mentioned obstacle it is equipped with a additional horizontal laser, controlled by an Algorithm, which will be introduced in this work. In order to gather the topological position of the robot, a few features in the camera screen are extracted and tracked over several sequences using SURF and KLT. To achieve a satisfactory result from erroneous data the RANSAC-Algorithm is used.
Zusammenfassung Die Bildverarbeitung nimmt einen immer grösseren Stellenwert im Bereich der Robotik ein, da mit Hilfe einer Kamera viel mehr Informationen gewonnen werden können als mit anderen Sensoren. Diese Arbeit greift diesen Aspekt auf und versucht diese zwei Gebiete miteinander zu verbinden. Damit ein Roboter vollständig autonom in einer fremden Umgebung agieren kann, ist die Fähigkeit, eine Umgebungskarte selbstständig zu erstellen enorm wichtig. In dieser Arbeit wird ein Algorithmus vorgestellt, mit welchem mit Hilfe einer Stereokamera und einem Laserstrahl die dreidimensionale Struktur eines Raumes rekonstruiert werden kann. Dabei wird auf das Prinzip der Laser-Triangulation und der Stereoverarbeitung zurückgegriffen. Bei dieser Methode muss die Position der Laserlinie im Kamerabild bestimmt werden können. Um diese Linie auch auf grosse Entfernungen sicher im Kamerabild erkennen zu können, wird ein Verfahren vorgestellt, welches auf Differenzbildern basiert. Jede Szene wird einmal mit und einmal ohne dem Laser aufgenommen. Als Differenz aus diesen beiden Bilder resultiert die Laserlinie. Um einen Raum vollständig auszumessen sind mehrere Scans erforderlich. Dazu muss der Roboter sich im Raum autonom bewegen und mögliche Hindernisse erkennen können. Für die Hinderniserkennung wird ein Verfahren angewendet, welches auf einem zusätzlichen horizontalen Laser basiert. Damit die aktuelle Position des Roboters stets bekannt ist, werden mit Hilfe von SURF und KLT einige Merkmale im Kamerabild extrahiert und über mehrere Framesequenzen hinweg verfolgt. Dabei wird der RANSAC-Algorithmus verwendet, um die Daten von Ausreissern zu bereinigen.
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