1 Двенадцатая национальная конференция по искусственному интеллекту с международным участием СИСТЕМА ОБНАРУЖЕНИЯ И СОПРОВОЖДЕНИЯ ВИДЕОМАРКЕРОВ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАВИГАЦИИ РОБОТА А.В.Калиниченко Институт прикладной математики им.М.В.Келдыша РАН 2010

2 СОДЕРЖАНИЕ 1.Постановка задачи и аппаратное обеспечение. 2.Первоначальная обработка информации о маркерах. a)Поиск особых точек. b)Вычисление локальных инвариантов. 3.Поиск маркеров на видео последовательности. a)Межкадровые соответствия. b)Вычисление проективного преобразования. 4.Заключение.

3 Постановка задачи и аппаратное обеспечение. Для облегчения глобальной навигации в районе перемещения робота могут быть установлены маркеры. В данной работе маркером будем называть прямоугольный объект известного размера с нанесенным изображением Маркеры должны быть установлены таким образом, чтобы обеспечить видимость их с максимально возможной части района перемещения роботов. Будем считать, что данные о всех маркерах заранее известны роботу, система навигации располагает снимками всех маркеров, а также координатами маркеров в системе отсчета связанной с землей (например GPS).

4 Постановка задачи и аппаратное обеспечение.

6 Первоначальная обработка информации о маркерах. Первым шагом работы системы является обработка полученной информации о маркерах. Для каждого маркера система получает его изображение, обычно это кадр с камеры робота с отмеченным на нем регионом, который соответствует маркеру. На первоначальном этапе эта информация преобразуется к удобному для хранения и поиска этого маркера на других изображениях виду. На маркере выделяются особые точеки (уголки) и для каждой из них вычисляется вектор из локальных инвариантов.

7 Поиск особых точек на изображение. Рамка на однородной части изображения (слева), на границе (в центре) и на уголке (справа). Для дальнейшего сопоставление на изображениях маркеров обнаруживаются особые точки, это делается при помощи метода Харриса.

8 Поиск особых точек на изображение. Функция описания изменения содержимого рамки E(u,v): где: I(x,y) – изображение маркера w(x,y) – оконная функция. Для небольших смещений E(u,v) можно приблизить билинейной формой

9 Поиск особых точек на изображение. где M - матрица из производных по изображению 2х2: В случае, когда рамка находится на равномерной поверхности оба собственных числа матрицы М малы, в случае с границей на изображении одно собственное число много больше другого, а в интересующем нас случае уголка, оба собственных числа достаточно велики. Именно такие точки являются особыми точками.

10 Поиск особых точек на изображение.

11 Вычисление локальных инвариантов на изображении. Для построения соответствий между точками, выделенными на предыдущем шаге, для каждой особой точки был вычислен вектор из дифференциальных инвариантов

12 Исходное изображение и различные дифференциальные инварианты

Поиск межкадровых соответствий

15 Результаты работы поиска маркеров на видео

16 ЗАКЛЮЧЕНИЕ Предложенная система позволяет обнаруживать и сопровождать маркеры прямоугольной формы с нанесенным на них рисунком или текстом. Система способна отслеживать единственный маркер, но нет никаких препятствий, кроме вычислительной сложности, к увеличению количества маркеров. В данный момент не используется информация об размере и ориентации маркеров относительно робота, которую можно получить из найденного проективного преобразования. Что позволит существенно улучшить точность навигации. Эта система может быть использована для организации караванного движения роботов, достаточно установить на впереди идущей машине маркер, и ведомая машина получит достаточно точную информацию о траектории движения ведущей.