Un Sistema de Odometría Visual Monocular bajo Restricciones de Tiempo Real

Abstract

[ES] La localización en cada instante de tiempo es esencial para un robot móvil autónomo. Es un problema que ha sido tratado desde múltiples perspectivas. A la hora de afrontar los problemas de posicionamiento, es común la utilización de diferentes sensores que proporcionan información directa sobre la localización actual del robot o bien sobre los cambios que se han producido en el entorno del mismo.

La odometría visual es el proceso mediante el que se calcula una estimación del movimiento realizado por un robot móvil o por un vehículo a partir de los datos capturados por el sistema de visión del mismo.

Actualmente, la mayor parte de los algoritmos de odometría visual propuestos no trabajan en tiempo de ejecución, sino que los resultados se obtienen mayoritariamente offline, esto es, se toman las imágenes y posteriormente se realiza el procesamiento de las mismas. Otros trabajan en una frecuencia de toma de imágenes muy baja, lo que implica que se precisa un movimiento del robot muy lento. Esto es debido a que los algoritmos actuales de odometría visual conllevan cálculos muy pesados y de alta carga computacional. Esto implica que para su correcta ejecución, muchas veces es necesario disponer de equipos informáticos de alto nivel, con el coste que ello conlleva. Los sistemas de visión que se utilizan suelen ser sistemas de visión avanzados de alto coste.

Muchos de los trabajos propuestos con anterioridad se basan en el cálculo del movimiento a partir de la estructura, esto es, el cálculo de la estructura en 3-D a partir de una secuencia de imágenes capturadas en diferentes instantes de tiempo y, con ello, el cálculo del movimiento realizado. En cambio, el trabajo que se presenta en esta Tesis basa la estimación del movimiento que ha tenido lugar calculándolo como un giro sobre un punto denominado Centro Instantáneo de Rotación. Los trabajos previos necesitan en muchas ocasiones de sensores internos para calcular el movimiento realizado por el robot, ya sea para calcular la velocidad del robot, o para calcular los giros que han tenido lugar.

Se presenta en esta Tesis un procedimiento de odometría visual puramente exteroceptivo fiable y robusto capaz de realizar el cálculo del movimiento de un robot a partir de las imágenes capturadas por una única cámara que se encuentra sobre el robot. Este procedimiento resulta ser viable para ejecutarse en tiempo real durante la navegación del robot haciendo uso de elementos computacionales domésticos.

A modo de caso de uso, se presenta también el diseño y el desarrollo de un sistema de localización basado en el filtro extendido de Kalman (EKF), que integra conjuntamente el sistema de odometría visual con el sistema de odometría de las ruedas, logrando de esta manera un sistema odométrico más robusto y fiable en diferentes entornos.