Estimación de la distancia recorrida por un robot móvil mediante la utilización de descriptores SURF

Abstract

El objetivo que persigue el Proyecto Final de Carrera descrito en este documento es el desarrollo de un algoritmo para la obtención de la posición, centrándonos en el cálculo de la distancia recorrida y la velocidad de un robot móvil que desempeñe su actividad en el interior de un edificio. Para ello contamos con una cámara estéreo Point Grey Bumblebee2, con la cual se extraerán varias secuencias de imágenes y a partir del procesamiento de éstas pretendemos obtener dichos resultados. De cada par de imágenes estéreo se extraerán una serie de puntos característicos, usando para ello los algoritmos de extracción de características SIFT1 y SURF2. Los puntos extraídos servirán como puntos de referencia para la estimación de la posición y del movimiento. Una vez hecho esto, se buscarán coincidencias entre los puntos obtenidos en dos pares de imágenes estéreo consecutivas temporalmente. Las coincidencias las utilizaremos para determinar, mediante la aplicación del modelo pin-hole en una cámara estéreo, las coordenadas reales (X,Y,Z) de los puntos obtenidos en las imágenes. Con el valor de la profundidad de un mismo punto en dos instantes consecutivos podremos obtener el desplazamiento del robot, y con dicho desplazamiento y la diferencia temporal entre la captura de ambas imágenes podremos estimar la velocidad que ha llevado el robot en su trayectoria. En cuanto a la estructura de este documento, éste está compuesto por 6 capítulos y 2 apéndices. En el segundo capítulo se describe el estado del arte, en el cual se comenta, brevemente y de manera general, la situación en la que se encuentra hoy en día la navegación autónoma de robots por medio de técnicas de visión por computador, concretando para el caso en el que se emplean cámaras de vídeo. En el tercer capítulo se hace una descripción del modelo Pin-Hole, que es el utilizado para determinar la correspondencia de un punto en el plano de la imagen obtenida con la cámara con su posición real en el espacio. En el cuarto capítulo se hace una introducción a la visión estereoscópica. Por su parte, en el quinto capítulo se introducen los principales métodos disponibles de extracción de características de imágenes, haciendo hincapié en las dos alternativas estudiadas en este proyecto: los descriptores SIFT y SURF. En este capítulo, además, se compararán ambas alternativas para justificar el procedimiento empleado finalmente. En el quinto capítulo se muestran los resultados obtenidos las diferentes situaciones que se ha probado el algoritmo implementado. En el último y sexto capítulo se incluyen las conclusiones y las expectativas futuras. Por último, en los apéndices se incluyen el procedimiento de cálculo del movimiento del robot y las características de la cámara empleada.