Introducing Lines in Dynamic Visual SLAM and Rigid Object Motion Estimation

Abstract

Στο συνεχώς αναπτυσσόμενο πεδίο της ρομποτικής, η λύση του προβλήματος της ταυτόχρονης εκτίμησης πόζας και χαρτογράφησης, το οποίο θα αναφέρεται εφεξής ως SLAM, έχει καθιερωθεί ως βασική προϋπόθεση για την επίτευξη αυτόνομων τεχνολογιών. Ως ένα διεπιστημονικό πεδίο, το SLAM συνδέει αρχές από τις επιστήμες της ρομποτικής και της όρασης υπολογιστών, με στόχο την ταυτόχρονη δημιουργία ενός χάρτη του χώρου και την εκτίμηση της πόζας του ρομπότ μέσα σε αυτόν. Αυτή η δυνατότητα αποτελεί πυλώνα μίας πληθώρας εφαρμογών, μεταξύ αυτών της κινητής ρομποτικής, επιτρέποντας σε αυτόνομα συστήματα να αντιλαμβάνονται και να κατευθύνονται μέσα σε περίπλοκα περιβάλλοντα. Αν και ο ορισμός του προβλήματος και οι μέθοδοι που χρησιμοποιούνται για την επίλυση του SLAM έχουν ωριμάσει σε σημαντικό βαθμό, μεγάλες προκλήσεις, όπως η δυναμική φύση των ανθρωποκεντρικών περιβαλλόντων, παραμένουν, με πολλές υπάρχουσες υλοποιήσεις να βασίζονται στην υπόθεση του στατικού κόσμου, που συνήθως παραβιάζεται. Η ανάγκη για εύρωστα συστήματα SLAM έχει οδηγήσει στην σταδιακή εγκατάλειψη αυτής της υπόθεσης και στην στροφή προς δυναμικούς SLAM αλγόριθμους. Αν και έχουν υπάρξει πολλές προτάσεις δυναμικών SLAM, η συντριπτική πλειοψηφία αυτών βασίζεται μόνο σε σημειακά χαρακτηριστικά. Ωστόσο, η έρευνα σε στατικά SLAM συστήματα έχει δείξει ότι η συμπερίληψη περιπλοκότερων γεωμετρικών σχημάτων όπως οι ευθείες δύναται να βελτιώσει την απόδοση. Παρακινούμενοι από αυτή την παρατήρηση, σε αυτή τη διπλωματική εργασία δημιουργήσαμε ένα νέο δυναμικό SLAM σύστημα το οποίο εκτιμά τις πόζες της κάμερας και την κίνηση άκαμπτων αντικειμένων, αξιοποιώντας τόσο στατικά όσο και δυναμικά σημεία και ευθείες. Τα ευθύγραμμα τμήματα έχουν ενσωματωθεί με καινοτόμους τρόπους σε κάθε πτυχή του αλγορίθμου μας, με την βελτίωση στις αντιστοιχίσεις τους μέσω της βελτιστοποίησης της οπτικής ροής, την εισαγωγή όρων σφάλματος στις κινήσεις της κάμερας και των αντικειμένων, και στην βελτιστοποίηση παρτίδας. Η πρότασή μας δοκιμάστηκε εκτενώς σε σύνολα δεδομένων εσωτερικού και εξωτερικού χώρου και επέτυχε σημαντική βελτίωση σε σύγκριση με άλλα σύγχρονα δυναμικά SLAM συστήματα. Τα αποτελέσματα μας επέδειξαν ότι τα ευθύγραμμα τμήματα βελτίωσαν την ευρωστία, συνεισφέροντας με αυτόν τον τρόπο σε ένα πλήρως λειτουργικό SLAM σύστημα.