Αναπαράσταση τρισδιάστατου χώρου από δύο παράλληλλες κάμερες

Η τρισδιάστατη ανακατασκευή από διαθέσιμες δισδιάστατες εικόνες αποτελεί έντονο πεδίο έρευνας στον τομέα της Υπολογιστικής Όρασης. Στόχος είναι η ακριβής αλλά και η οπτικά ικανοποιητική 3D αναπαράσταση του υπό εξέταση αντικειμένου, όπως αυτό απεικονίζεται από πολλαπλές όψε...

Full description

Bibliographic Details
Main Author:	Μυγιάκη, Ραλλού
Other Authors:	Τζες, Αντώνιος
Format:	Thesis
Language:	Greek
Published:	2016
Subjects:	Στερεοσκοπική όραση Τρισδιάστατη αναπαράσταση Stereo vision 3d reconstruction 006.693
Online Access:	http://hdl.handle.net/10889/9572

id	nemertes-10889-9572
record_format	dspace
institution	UPatras
collection	Nemertes
language	Greek
topic	Στερεοσκοπική όραση Τρισδιάστατη αναπαράσταση Stereo vision 3d reconstruction 006.693
spellingShingle	Στερεοσκοπική όραση Τρισδιάστατη αναπαράσταση Stereo vision 3d reconstruction 006.693 Μυγιάκη, Ραλλού Αναπαράσταση τρισδιάστατου χώρου από δύο παράλληλλες κάμερες
description	Η τρισδιάστατη ανακατασκευή από διαθέσιμες δισδιάστατες εικόνες αποτελεί έντονο πεδίο έρευνας στον τομέα της Υπολογιστικής Όρασης. Στόχος είναι η ακριβής αλλά και η οπτικά ικανοποιητική 3D αναπαράσταση του υπό εξέταση αντικειμένου, όπως αυτό απεικονίζεται από πολλαπλές όψεις. Τα στάδια για την επίτευξη του σκοπού αυτού περιλαμβάνουν την ανίχνευση χαρακτηριστικών από τις εικόνες, τη μελέτη της γεωμετρίας που συνδέει το δισδιάστατο με τον τρισδιάστατο χώρο καθώς και τη γνώση των μαθηματικών μοντέλων των καμερών. Ο σκοπός της παρούσας διπλωματικής ήταν η ανάπτυξη και η επέκταση μίας μεθοδολογίας για την τρισδιάσταση ανακατασκευή ενός εσωτερικού χώρου από δύο παράλληλες κάμερες, με τη βοήθεια ενός αυτόνομου, ρομποτικού οχήματος. Η τεχνική που αναπτύχθηκε βασίζεται στην αποκλειστικά οπτική πληροφορία που λαμβάνεται από ένα στερεοσκοπικό ζεύγος καμερών. Τα προβλήματα που καλούμαστε να αντιμετωπίσουμε είναι δύο: o υπολογισμός της θέσης και του προσανατολισμού της κάμερας σε κάθε νέο καρέ που λαμβάνεται κάθε χρονική στιγμή και παράλληλα η ανακατασκευή της στερεοσκοπικής σκηνής για την τρισδιάστατη αναπαράσταση του περιβάλλοντος. Το πρώτο πρόβλημα καλείται να αντιμετωπίσει ο αλγόριθμος ORB-SLAM, ενώ για τη 3D ανακατασκευή του χώρου υλοποιήθηκε ένας αλγόριθμος στρεοσκοπικής όρασης για τον υπολογισμό των τρισδιάστατων συντεταγμένων ενός σημείου στο χώρο και την εξαγωγή του point cloud. Για το σκοπό αυτό, αναπτύσεται τόσο το θεωρητικό υπόβαθρο της στερεοσκοπικής όρασης, όσο και εκείνο πάνω στο οποίο βασίζεται η μεθοδος ORB-SLAM. Το περιβάλλον ανάπτυξης του συστήματός πραγματοποιήθηκε πάνω στο πλαίσιο εργασίας (framework) ROS (Robot Operating System). Διεξήχθη ένα πλήθος πειραμάτων όπου χρησιμοποιήθηκε ένα επίγειο ρομποτικό όχημα, με τη βοήθεια του οποίου ήταν εφικτή τόσο η κίνηση μέσα στο χώρο του εργαστηρίου, όσο και η αξιοποίηση των δεδομένων για τη θέση και τον προσανατολισμό του οχήματος που εξάγονται από τους κωδικοποιητές των τροχών του. Τα πειράματα αυτά είχανε δύο στόχους. Πρώτον, να επιβεβαιώσουν την ικανότητα του συστήματός μας να εντοπίζει επιτυχώς τη θέση του μέσα σε ένα άγνωστο περιβάλλον, καθώς κατασκευάζει ένα αντιπροσωπευτικό χάρτη αυτού και τη δυνατότητά του να κατασκευάζει μία ακριβή τρισδιάστατη αναπαράσταση του χώρου. Η μεθοδολογία αυτή μπορεί να γίνει οδηγός για την υλοποίηση ενός σθεναρού συστήματος Ταυτόχρονης Εκτίμησης Θέσης και Χαρτογράφης, βασισμένο σε πληροφορία από κατάλληλους αισθητήρες πάνω στο επίγειο ρομπότ (π.χ. κωδικοποιητές τροχών) και σε οπτική πληροφορία από κάμερες, κατάλληλο για εφαρμογές πραγματικού χρόνου. Η μεθοδολογία μπορεί εύκολα να βελτιωθεί και να επεκταθεί, καθώς είναι δομημένη σε ανεξάρτητα τμήματα.
author2	Τζες, Αντώνιος
author_facet	Τζες, Αντώνιος Μυγιάκη, Ραλλού
format	Thesis
author	Μυγιάκη, Ραλλού
author_sort	Μυγιάκη, Ραλλού
title	Αναπαράσταση τρισδιάστατου χώρου από δύο παράλληλλες κάμερες
title_short	Αναπαράσταση τρισδιάστατου χώρου από δύο παράλληλλες κάμερες
title_full	Αναπαράσταση τρισδιάστατου χώρου από δύο παράλληλλες κάμερες
title_fullStr	Αναπαράσταση τρισδιάστατου χώρου από δύο παράλληλλες κάμερες
title_full_unstemmed	Αναπαράσταση τρισδιάστατου χώρου από δύο παράλληλλες κάμερες
title_sort	αναπαράσταση τρισδιάστατου χώρου από δύο παράλληλλες κάμερες
publishDate	2016
url	http://hdl.handle.net/10889/9572
work_keys_str_mv	AT mygiakērallou anaparastasētrisdiastatouchōrouapodyoparallēlleskameres AT mygiakērallou 3denvironmentreconstructionfrom2dstereoscopicimages
_version_	1771297232593616896
spelling	nemertes-10889-95722022-09-05T14:05:41Z Αναπαράσταση τρισδιάστατου χώρου από δύο παράλληλλες κάμερες 3D environment reconstruction from 2D stereoscopic images Μυγιάκη, Ραλλού Τζες, Αντώνιος Τζες, Αντώνιος Σκόδρας, Αθανάσιος Mygiaki, Rallou Στερεοσκοπική όραση Τρισδιάστατη αναπαράσταση Stereo vision 3d reconstruction 006.693 Η τρισδιάστατη ανακατασκευή από διαθέσιμες δισδιάστατες εικόνες αποτελεί έντονο πεδίο έρευνας στον τομέα της Υπολογιστικής Όρασης. Στόχος είναι η ακριβής αλλά και η οπτικά ικανοποιητική 3D αναπαράσταση του υπό εξέταση αντικειμένου, όπως αυτό απεικονίζεται από πολλαπλές όψεις. Τα στάδια για την επίτευξη του σκοπού αυτού περιλαμβάνουν την ανίχνευση χαρακτηριστικών από τις εικόνες, τη μελέτη της γεωμετρίας που συνδέει το δισδιάστατο με τον τρισδιάστατο χώρο καθώς και τη γνώση των μαθηματικών μοντέλων των καμερών. Ο σκοπός της παρούσας διπλωματικής ήταν η ανάπτυξη και η επέκταση μίας μεθοδολογίας για την τρισδιάσταση ανακατασκευή ενός εσωτερικού χώρου από δύο παράλληλες κάμερες, με τη βοήθεια ενός αυτόνομου, ρομποτικού οχήματος. Η τεχνική που αναπτύχθηκε βασίζεται στην αποκλειστικά οπτική πληροφορία που λαμβάνεται από ένα στερεοσκοπικό ζεύγος καμερών. Τα προβλήματα που καλούμαστε να αντιμετωπίσουμε είναι δύο: o υπολογισμός της θέσης και του προσανατολισμού της κάμερας σε κάθε νέο καρέ που λαμβάνεται κάθε χρονική στιγμή και παράλληλα η ανακατασκευή της στερεοσκοπικής σκηνής για την τρισδιάστατη αναπαράσταση του περιβάλλοντος. Το πρώτο πρόβλημα καλείται να αντιμετωπίσει ο αλγόριθμος ORB-SLAM, ενώ για τη 3D ανακατασκευή του χώρου υλοποιήθηκε ένας αλγόριθμος στρεοσκοπικής όρασης για τον υπολογισμό των τρισδιάστατων συντεταγμένων ενός σημείου στο χώρο και την εξαγωγή του point cloud. Για το σκοπό αυτό, αναπτύσεται τόσο το θεωρητικό υπόβαθρο της στερεοσκοπικής όρασης, όσο και εκείνο πάνω στο οποίο βασίζεται η μεθοδος ORB-SLAM. Το περιβάλλον ανάπτυξης του συστήματός πραγματοποιήθηκε πάνω στο πλαίσιο εργασίας (framework) ROS (Robot Operating System). Διεξήχθη ένα πλήθος πειραμάτων όπου χρησιμοποιήθηκε ένα επίγειο ρομποτικό όχημα, με τη βοήθεια του οποίου ήταν εφικτή τόσο η κίνηση μέσα στο χώρο του εργαστηρίου, όσο και η αξιοποίηση των δεδομένων για τη θέση και τον προσανατολισμό του οχήματος που εξάγονται από τους κωδικοποιητές των τροχών του. Τα πειράματα αυτά είχανε δύο στόχους. Πρώτον, να επιβεβαιώσουν την ικανότητα του συστήματός μας να εντοπίζει επιτυχώς τη θέση του μέσα σε ένα άγνωστο περιβάλλον, καθώς κατασκευάζει ένα αντιπροσωπευτικό χάρτη αυτού και τη δυνατότητά του να κατασκευάζει μία ακριβή τρισδιάστατη αναπαράσταση του χώρου. Η μεθοδολογία αυτή μπορεί να γίνει οδηγός για την υλοποίηση ενός σθεναρού συστήματος Ταυτόχρονης Εκτίμησης Θέσης και Χαρτογράφης, βασισμένο σε πληροφορία από κατάλληλους αισθητήρες πάνω στο επίγειο ρομπότ (π.χ. κωδικοποιητές τροχών) και σε οπτική πληροφορία από κάμερες, κατάλληλο για εφαρμογές πραγματικού χρόνου. Η μεθοδολογία μπορεί εύκολα να βελτιωθεί και να επεκταθεί, καθώς είναι δομημένη σε ανεξάρτητα τμήματα. 3D environment reconstruction from 2D images constitutes an intence research field in the science of Computer Vision. The aim of this study is the accurate and visually satisfying 3D reconstruction of the object being studied, as it is depicted from multiple views. The detection of image features, the stude of the geometric relationship between 2D and 3D space as well as the understanding of mathematical models used by cameras, are the basic steps in order to achieve 3D environment reconstruction. The aim of this thesis was the development and expansion of a methology for the 3D reconstruction of an interior space from two parallel cameras, with the help of an autonomus mobile robot vehicle. The proposed technique relies on the visual information extracted from a stereoscopic pair of cameras. Two problems have to be addressed: First the calculation of the position and orientation of the camera in every new frame is taken and second the reconstruction of the stereoscopic scene in order to achieve a 3D visualization of the environment. The ORB-SLAM algorithm is facing the first problem, while a stereoscopic vision algorithm was created for the calculation of 3D point coordinates and the extaction of the point cloud. In this thesis, both the theory bachgroung of stereoscopic vision and one upon which the ORB-SLAM method is based, are developed. The environment in which the system was developed held onto the ROS (Robot Operating System) working framework. For the realization of experiments, a ground mobile robot vehicle was used, with the help of which was feasible as the movement through the labatory, as well as the utilization of data fot the position and orientation of the vehicle from the wheel encoders. These experiments had two goals. Firstly, to confirm tha our system is capable of sucesfully localizing itself in the workspace, whilst creating a representing map of its environment, and its ability to produce an accurate 3D reconstruction of space. The methology proposed in this diploma thesis, can be used as a guide for the implementation of a robust SLAM system, based on metric information from the wheels' encoders and visual information from cameras, suitable for real-time applications. The methodology can easily be improved and expanded, given its modular structure. 2016-09-20T10:53:21Z 2016-09-20T10:53:21Z 2016-04-16 Thesis http://hdl.handle.net/10889/9572 gr 0 application/pdf

Αναπαράσταση τρισδιάστατου χώρου από δύο παράλληλλες κάμερες

Similar Items