Hatékony Térrekonstrukció Mélységkép Felületeinek Síkszegmensekkel Való Közelítésével
Mobilis robotok alkalmazásakor gyakran felmerül az igény, hogy a robot képes legyen a körülötte lévő tér érzékelésére. Egy erre alkalmas eszköz például a mélységinformációt nyújtó kamera. Mivel az ilyen eszközök ára az elmúlt néhány évben drasztikusan csökkent, és egyre szélesebb körben hozzáférhetőek, így a mobilis robotokat is egyre gyakrabban láthatjuk el velük. A mélységképet adó szenzorok térhódításával azonban szükségessé váltak olyan új, a színképeken nem alkalmazható módszerek, amelyek segítségével gépi látással ruházhatjuk fel a robotokat, vagyis amivel objektumokat érzékelhetnek, vagy felépíthetik környezetük 3 dimenziós modelljét.
Napjainkban több különböző, bevett eljárásmód is alkalmazható arra, hogy a mélységkamerából nyert pontfelhőből rekonstruáljuk a 3 dimenziós teret. Az egyik legelterjedtebb típus magába foglalja a gráf alapú módszereket, melyek lényege, hogy a kapott pontfelhőn, mint gráfon végzünk el műveleteket. Az ilyen módszerek előnye, hogy a környezet rekonstrukciója igen részletes, azonban ennek ára a hosszú futási idő. Egy másik széles körben használt módszer voxel (volume pixel) grid alapon működik, vagyis előre partícionálja a teret egy rácsszerkezet mentén, és amennyiben egy pont beleesik egy térrészbe, az a térrész „foglalt”. A módszer felbontásának finomsága a meghatározott rácsszerkezet finomságától függ, viszont ez általában egy igen memóriaigényes megközelítés, melynek további hátránya, hogy előre behatárolja a teret, amin belül értelmezi az objektumokat.
A mélységkamerák elérhetősége miatt felmerül, hogy kisebb számítási kapacitással rendelkező roboton is térrekonstrukciót használjunk. Az elterjedt megoldások alkalmazhatóságát azonban korlátozza a nagy memória- és/vagy számítási igényük, ami a gyakorlatban azt jelenti, hogy nem működnek valós időben, amennyiben az azokat felhasználó robot nem rendelkezik a megfelelő erőforrásokkal. Szükség van tehát egy olyan algoritmusra, melyet az ilyen robotok is alkalmazhatnak a tér rekonstruálására.
Az általam fejlesztett módszer abból a feltételezésből indul ki, hogy az ember alkotta környezetekben található felületek jelentős része jól közelíthető síkokkal. A már felsorolt algoritmustípusokkal ellentétben tehát a kifejlesztett módszer pontfelhők kezelése helyett felületek síkjainak egyenletét határozza meg, majd behatárolva a kapott síkokon a felületeket, síkszegmensekből építi fel a teret.
Mivel az egyik fő szempontunk az volt, hogy olyan eljárást fejlesszünk, melynek futási ideje úgy is kellően rövid, hogy nincsen egy nagy teljesítményű grafikus processzoron párhuzamosítva, ezért újszerű algoritmusokat ötvözünk klasszikus képfeldolgozási módszerekkel, melyek kihasználják, hogy a mélységkamera által nyújtott mélységkép képpontjai között természetesen értelmezhető a szomszédossági viszony. A dolgozatban részletesen bemutatott, és valós adatokon illusztrált algoritmus alkalmas arra, hogy még egy gyengébb számítási teljesítményű robot látórendszerében felhasználva is felruházza a robotot a környezet valós idejű, síkszegmensekkel történő rekonstruálásának képességével.
szerző
-
Major Bence
mérnökinformatikus
nappali
konzulens
-
Engedy István
Tudományos segédmunkatárs, Méréstechnika és Információs Rendszerek Tanszék
