| Περίληψη |
Autonomous robot navigation is one of the most challenging research fields in robotics. A promising approach to this problem is based on the use of landmarks, i.e. distinctive objects in space which can be easily detected by the robot and used for its self-localization in space. However, the complexity of landmark definition and recognition usually leads to assumptions concerning the existence of previous knowledge regarding the robot workspace as well as the objects used as landmarks. Therefore, such an approach can not be easily applied in dynamically changing environments. In this thesis we propose a method for indoor navigation using visual landmarks, in which we minimize the need for previous knowledge. Initially, a qualitative description of space is extracted from the images acquired by the robot. This description is derived from the segmentation of the image in areas which correspond to the walls, the floor and the ceiling of the workspace. The areas of the image where the landmarks will be searched for are defined by this description. The landmarks used by the robot are not predefined or predesigned, but rather they are extracted by the robot using a focus of attention procedure on salient image areas. This is accomplished by using functions that represent the business of an image area. Prerequisite to the navigation procedure is a learning phase. In this phase the robot extracts landmarks from the workspace. These landmarks are stored in robot's memory, along with information about their position in space. As a result, a topological map of the workspace is created, based on the extracted landmarks. During navigation, the robot compares the landmarks that it encounters with the ones stored in memory. A landmark identification allows the robot to localize itself and decide for its next movement. In this thesis we implemented the extraction of the qualitative description of space, based on visual information and the extraction and recognition of landmarks. The method has been evaluated through its application to an image sequence obtained from the corridors of a building. # Η πλοήγηση ενός αυτόνομου συστήματος αποτελεί ένα από τα πιο απαιτητικά προβλήματα της ρομποτικής. Μια από τις προσεγγίσεις στο πρόβλημα αυτό βασίζεται στη χρήση οροσήμων, δηλαδή χαρακτηριστικών σημείων του χώρου που μπορούν σχετικά εύκολα να αναγνωριστούν από το αυτόνομο σύστημα και να χρησιμοποιηθούν για την αυτο-οριοθέτησή του (self-localization) μέσα στο χώρο. Ωστόσο, η πολυπλοκότητα του προβλήματος του ορισμού και της αναγνώρισης των οροσήμων, οδηγεί πολλές φορές στην παραδοχή ύπαρξης προηγούμενης γνώσης, τόσο για το χώρο κίνησης, όσο και για το είδος των αντικειμένων που θα χρησιμοποιηθούν σαν ορόσημα. Έτσι, η εφαρμογή μιας τέτοιας μεθόδου παρουσιάζει προβλήματα σε δυναμικά μεταβαλλόμενα περιβάλλοντα. Στην εργασία αυτή προτείνουμε μια μέθοδο για πλοήγηση σε εσωτερικούς χώρους, με χρήση οπτικών οροσήμων, όπου περιορίζουμε την αναγκαιότητα ύπαρξης προηγούμενης γνώσης. Αρχικά εξάγεται από την εικόνα που λαμβάνει το σύστημα μια ποιοτική περιγραφή το χώρου. Η περιγραφή αυτή παράγεται από το διαχωρισμό της εικόνας σε τμήματα που αντιστοιχούν στους τοίχους, το πάτωμα και την οροφή του χώρου κίνησης. Με την περιγραφή αυτή, καθορίζοντια τα τμήματα της εικόνας όπου θα αναζητηθούν τα ορόσημα. Τα ορόσημα που χρησιμοποιεί το αυτόνομο σύστημα, δεν είναι προκαθορισμένα ή προσχεδιασμένα, αλλά εξάγονται από το σύστημα με μια διαδικασία εστίασης της προσοχής σε χαρακτηριστικά σημεία της εικόνας. αυτό γίνεται με τη χρήση συναρτήσεων που εκφράζουν την ανομοιογένεια της εικόνας σε κάποια περιοχή. Πριν τη διαδικάσια της πλοήγησης, απαιτείται το στάδιο της εκμάθησης. Σ'αυτό το στάδιο το αυτόνομο σ΄συστημα συλλέγει ορόσημα από το χώρο εργασίας. Τα ορόσημααποθηκεύονται στη μνήμη του συστήματος, μαζί με πληροφορίες για η σχετική θέση τους στο χώρο. Το αποτέλεσμα είναι η δημιουργία ενός τοπολογικού χάρτη του χώρου, βασισμένου στα ορόσημα που εξάχθηκαν. Κατά τη διάρκεια της πλοήγησης, το αυτόνομο σύστημα συγκρίνει τα ορόσημα που συναντά με αυτά που είναι αποθηκευμένα στη μνήμη του. Η αναγνώριση ενός ορόσημου του επιτρέπει να εντοπίσει τη θέση του στο χώρο και να καθορίσει την επόμενη κίνησή του. Στα πλαίσια της εργασίας υλοποιήθηκαν η εξαγωγή της ποιτικής περιγραφής του χώρου, με βάση την οπτική πληροφορία, καθώς και η εξαγωγή και αναγνώριση των οροσήμων. Η αξιολόγηση της μεθόδου έγινε με την εφαρμογή της σε μια ακολουθία εικόνων από το εσωτερικό ενός κτιρίου.
|
Πλοήγηση ρομποτικού συστήματος σε εσωτερικούς χώρους με χρήση οπτικής πληροφορίας
