Otononom mobil robotlarda optik akış tabanlı görsel eş zamanlı lokalizasyon ve haritalama
Optical flow based visual simultaneous localization and map building in autonomous mobile robots
Yazar: ONUR ŞENCAN
Danışman: PROF. DR. HAKAN TEMELTAŞ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kontrol Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control
Dizin: Görüntü analizi = Image analysis ; Görüntü geriçatımı = Appearance reconstruction ; Görüntü işleme algoritmaları = Image processing algorithms ; Haritalama = Mapping ; Robot sistemleri = Robot systems ; Robot yönlendirme = Robot navigation

Özet:
Eş zamanlı haritalama ve Lokalizasyon(SLAM) teknikleri otonom bir robotun belirli bir görevi gerçekleştirebilmesi için gerekli temel unsurlardandır. Bu çalışmada, robotların akıllı olarak tanımlanabilmesi için gereken temel motor reflekslerine sahip olabilmesi ve bunun bir adım ötesinde çevresi hakkında çıkarımlarda bulunabilmesi için gerekli görsel bileşen olan kamera kullanımıyla, herhangi bir ön bilgi olmaksızın aracın çevresindeki dinamik ortamı haritalandırması, böylece tek boyutlu lazer tarayıcı ve reflektör ile geliştirilen önceki çalışmalardaki dinamik ortam ve üç boyut belirsizliklerinin giderilmesi amaçlanmıştır. Böylece otonom aracın dinamik bir ortamdaki navigasyon kabiliyeti arttırılarak, görev temelli çalışmalarda bilişsel robotik uygulamalarının daha etkin bir biçimde gerçekleştirilebilmesi sağlanacaktır.Elde edilen ham görüntü verilerini kamera kaçma ve bozunum etkilerinin giderilmesinin ardından çeşitli filtreleme teknikleri ile gürültülerden arındırılmış ve takip edilebilir noktalar etkin hareket takibini sağlayabilmek için görüntü üzerinde belirlenmiştir. Bu takip eden aşamada takip edilebilir noktalardan elde edilen optik akış bilgisiyle aracın IMU ve odometrisinin veri füzyonu ile elde edilen konum bilgisi kullanılarak takip noktalarının üç boyutlu koordinatları dolayısıyla araç çevresinin düşük çözünürlüklü bir haritasının elde edilmesi amaçlanmıştır. Bu harita bir takım varsayımlar altında global optimal bir filtre olan Kalman Filtresi'nin doğrusal olmayan sistem yaklaşımı olan Genişletilmiş Kalman Filtresi(GKF) tabanlı eş zamanlı lokalizasyon ve haritalama algoritmasınca işlenmiştir.Çalışmada kullanılan yöntem ve teknikler irdelenmiş, iç ortam koşullarında yapılan deneysel çalışma sonuçları sunulmuştur.

Abstract:
Simultaneously Localization and Mapping techniques are corner Stones for an autonomous robot to achieve a certain task. In order to define a robot as an intelligent system it has to be qualified for primary motor reflexes and beyond that, inference abilities should be satisfactory in uncertain environment for predefined tasks.To achieve that, vision which is the most important perception mechanism is using for mapping dynamical environment with any given information. Since therefore, eliminating the disadvantages of former works with two dimensional laser scanner is crucial to detect 3D maps in dynamical environments. By this way, enhancing the navigation abilities of autonomous mobile robots can cause effective implementation of cognitive robotics applications on task-based works.For this purpose, raw image data is processed for camera distortion effect and noise with various filtering techniques. In the next step traceable points are detected on image data for effective motion detection. Optical flow information which is obtained from traceable points is combined with odometry value which is also correctedwith IMU data to determine 3D coordinates for the purpose of low resolution map of the environment. This rough map is utilized initial guess for EKF based visual SLAM algorithm.Eventually methods and techniques are examined with experimental results in indoor environment.