Podrobno

Lokalizacija in gradnja zemljevida v notranjih strukturiranih okoljih za avtonomne mobilne sisteme z uporabo strojnega vida
ID ANTIĆ, MILOŠ (Avtor), ID Škrjanc, Igor (Mentor) Več o mentorju... Povezava se odpre v novem oknu

.pdfPDF - Predstavitvena datoteka, prenos (44,65 MB)
MD5: C016758C832C60DA9AFDAF8BB0688067

Izvleček
V doktorski disertaciji obravnavamo segmentacijo notranjih strukturiranih okoljih na planarne zaplate, ki jih uporabimo za namen lokalizacije ter gradnje zemljevida. Planarne zaplate predstavljajo izluščeno informacijo strojnega vida in so dobro definirani strukturni elementi. Predstavljamo učinkovite metode 3D-zaznavanja, ki temeljijo na celovitih pristopih segmentacije oblaka točk in so posebej zasnovane za obdelavo velikih notranjih prostorov. Predlagani algoritmi so robustno zasnovani saj delujejo dobro tudi za neurejene podatke in ob prisotnosti nepravilnosti kot so okluzije, šum, osamelci ali diskontinuirane podatkovne tranzicije. Razvite metode so prilagojene za delo z različnimi podatkovnimi zbirkami, vključno z združenimi 2D–3D-modalitetami, kot so pravi RGB-D-podatki (angl. Red-Green-Blue and Depth) ali oblaki točk. Te podatke uporabljamo pri segmentaciji in za opis tridimenzionalnega prostora s pravilnimi mrežami, ki temeljijo na teselaciji n-dimenzionalnega Evklidskega prostora. Poleg tega upoštevamo točkovne ocene značilk (npr. normale, ukrivljenost, značilke dimenzionalnosti idr.), ki omogočajo filtriranje in semantično interpretacijo podatkov. Za zaznavanje koherentnih 3D-regij in odpravo osamelcev smo uvedli analizo povezanih komponent, ki temelji na preiskovanju lastnosti volumskih elementov. Predlagana je nova metoda za segmentacijo oblaka točk, imenovana EPCC (angl. Evolving Principal Component Clustering), ki izkorišča lokalnost podatkov v urejenem podatkovnem toku posamičnega pogleda. Pristop temelji na rekurzivnem ocenjevanju parametrov linearnih prototipov, ki se uporabljajo za opis različnih rojev ravnih in povezanih površin. Za izboljšanje rezultatov pri obdelavi homogenih površin smo uvedli dvostopenjsko filtriranje za zaznavanje osamelcev ter upoštevali model šuma, ki omogoča kompenzacijo značilnih negotovosti v meritvah globinskih senzorjev. Razviti algoritem smo primerjali z uveljavljenimi metodami segmentacije, pri čemer predlagani pristop dosega boljše rezultate na večjih razdaljah, kjer je razmerje med signalom in šumom nizko – tudi brez predhodnega filtriranja podatkov. V uporabljeni podatkovni zbirki je bila dosežena več kot 90 % uspešnost zaznavanja ravnih površin, kar potrjuje visoko učinkovitost metode pri neiterativni obdelavi velikih oblakov točk. V disertaciji je predstavljena inovativna metoda nenadzorovane segmentacije oblaka točk združenih pogledov ter pristop za semantično interpretacijo strukturnih elementov (SE) notranjega prostora, kot so stene, stropi in tla. Pristopi temeljijo na rojenju objektov na podlagi gostote, pri čemer se uporabljajo napredne mere barvne podobnosti in nizkonivojske značilke za dodatno izpopolnitev segmentacije z odpravljanjem osamelcev ter izboljšanjem zaznavanja ostrih oblik. Predlagana metoda predstavlja izpopolnjeno in vsestransko rešitev, ki uspešno obvladuje kompleksnost prizora ter pomembno prispeva k aplikacijam za razumevanje prostora, SLAM (angl. Simultaneous Localization and Mapping) in prepoznavanje predmetov. Nazadnje je predstavljen inovativen pristop k lokalizaciji v strukturiranih okoljih, s poudarkom na vizualni odometriji, ki namesto klasičnih metod uporablja registracijo planarnih zaplat. Pristop temelji na višjenivojskih značilkah in vključuje iskanje korespondenc prek 3D–3D in 2D–2D ujemanja z novo definirano mero podobnosti. Posebnost metode je zmožnost zaznavanja in upoštevanja poljubnih orientacij planarnih zaplat, kar zmanjšuje degenerativne situacije in izboljšuje natančnost ocene trajektorije. Kvalitativna primerjava je pokazala visoko učinkovitost pri reševanju registracije podatkov ter izboljšano natančnost lokalizacije. Raziskava je pokazala, da zadostno število korespondenc omogoča gradnjo geometričnih zemljevidov, ki so uporabni za navigacijo avtonomnih mobilnih sistemov in dronov. Poleg tega je predstavljen koncept celovite rekonstrukcije notranjih okolij, ki omogoča aplikacije v navidezni in obogateni resničnosti ter varno načrtovanje poti.

Jezik:Slovenski jezik
Ključne besede:globinski senzor, ekstrakcija daljic, ekstrakcija ravnih površin, samorazvijajoče-se rojenje, strojni vid, pametni senzor, oblak točk, nenadzorovano iskanje, statistično rojenje, harmonična interpolacija, strukturni elementi, registracija omejenih ravnin, notranja lokalizacija, kompaktno kartiranje
Vrsta gradiva:Doktorsko delo/naloga
Tipologija:2.08 - Doktorska disertacija
Organizacija:FE - Fakulteta za elektrotehniko
Leto izida:2025
PID:20.500.12556/RUL-175375 Povezava se odpre v novem oknu
COBISS.SI-ID:256003331 Povezava se odpre v novem oknu
Datum objave v RUL:24.10.2025
Število ogledov:509
Število prenosov:257
Metapodatki:XML DC-XML DC-RDF
:
Kopiraj citat
Objavi na:Bookmark and Share

Sekundarni jezik

Jezik:Angleški jezik
Naslov:Localization and environmental map building in inner structured spaces for autonomous mobile systems using machine vision
Izvleček:
In this PhD thesis, we address the segmentation of indoor structured environments into planar patches, which we use for localization and map construction. Planar patches represent extracted machine vision information and are well-defined structural elements. We present effective 3D perception methods based on comprehensive point cloud segmentation approaches and specifically designed for processing large indoor spaces. The proposed algorithms are robustly designed as they perform well even for unstructured data and in the presence of irregularities such as occlusions, noise, outliers, or discontinuous data transitions. The developed methods are adapted to work with various data sets, including combined 2D–3D modalities such as true RGB-D data or point clouds. We use this data for segmentation and to describe three-dimensional space with regular meshes based on tessellation of n-dimensional Euclidean space. In addition, we consider point estimates of features (e.g., normals, curvature, dimensionality features, etc.) that enable filtering and semantic interpretation of the data. To detect coherent 3D regions and eliminate outliers, we introduced connected component analysis based on the investigation of the properties of volume elements. A new method for point cloud segmentation called EPCC (Evolving Principal Component Clustering) is proposed, which exploits the locality of data in the ordered data stream of a single view. The approach is based on recursive estimation of the parameters of linear prototypes used to describe different clusters of planar and connected surfaces. To improve the results when processing homogeneous surfaces, we introduced two-stage filtering for detecting outliers and took into account a noise model that allows for the compensation of typical uncertainties in depth sensor measurements. We compared the developed algorithm with established segmentation methods, and the proposed approach achieves better results at longer distances where the signal-to-noise ratio is low – even without prior data filtering. In the database used, more than 90 \% accuracy was achieved in detecting flat surfaces, confirming the high efficiency of the method in non-iterative processing of large point clouds. The dissertation introduces an innovative method for unsupervised segmentation of multiview point clouds, along with an approach for semantic interpretation of structural elements (SE) in interior spaces, such as walls, ceilings, and floors. These approaches rely on density-based object clustering, incorporating advanced color similarity metrics and low-level features to enhance segmentation by removing outliers and improving the detection of sharp geometric structures. The proposed method offers a refined and versatile solution that effectively handles scene complexity and makes a significant contribution to applications in spatial understanding, SLAM (Simultaneous Localization and Mapping), and object recognition. Finally, the dissertation presents an innovative approach to localization in structured environments, with a focus on visual odometry that leverages planar patch registration instead of traditional methods. The approach is based on high-level features and involves establishing correspondences through 3D–3D and 2D–2D matching using a newly defined similarity metric. A key advantage of the method is its ability to detect and account for arbitrary orientations of planar patches, which reduces degenerative cases and enhances the accuracy of trajectory estimation. Qualitative comparisons demonstrate high efficiency in data registration and improved localization accuracy. The research further shows that a sufficient number of correspondences enables the construction of geometric maps suitable for the navigation of autonomous mobile systems and drones. Additionally, the concept of comprehensive indoor environment reconstruction is introduced, supporting applications in virtual and augmented reality as well as safe path planning.

Ključne besede:depth sensor, line extraction, flat surface extraction, evolving clustering, machine vision, smart sensor, point cloud, unsupervised search, statistical clustering, harmonic interpolation, structural elements, bounded plane registration, indoor localization, lightweight mapping

Podobna dela

Podobna dela v RUL:
Podobna dela v drugih slovenskih zbirkah:

Nazaj