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Visuelle Odometrie: Bildgestützte Bestimmung der Eigenbewegung über Grund
Typ:

Diplomarbeit

Betreuer:

Prof. Dr.-Ing. Jürgen Beyerer
Dipl.-Math. Günter Saur

Status:

abgeschlossen

Abgabedatum:

Februar 2007

Eine entscheidende Aufgabe von autonomen Agenten, wie z.B. Fahrzeugen auf dem Mars oder intelligenten Lenkflugkörpern, ist ihre Lokalisierung bzw. die Bestimmung ihrer Bewegung in einer unbekannten Umgebung. In dieser Arbeit werden für diese Aufgabe bildgestützte Verfahren zur Berechnung der Eigenbewegung eines Einkamerasystems bei bekannter und fester Kalibrierung untersucht. Die untersuchten Verfahren basieren auf der Berechnung der relativen Kameralage aus Punktkorrespondenzen von Bildmerkmalspaaren aufeinanderfolgender Bilder. Untersucht werden ein 8-Punkt-Verfahren, eine LM-Minimierung des Sampson-Fehlers, ein 5-Punkt- und ein Homographie-basiertes Verfahren. Dabei werden anhand von Simulationen und realen Bildfolgen die Eigenschaften, die Einsatzmöglichkeiten und die erreichbare Genauigkeit dieser Verfahren untersucht. Der Schwerpunkt der Untersuchungen liegt auf den Verfahren zur Berechnung der relativen Kameralage. Bei den Simulationsexperimenten werden zwei Szenarien untersucht, die einem Bodeneinsatz und einem existierenden Flugsystem entsprechen. Dabei wird der Einfluss der Szenentiefe, des Rauschens im Bild, des Translationsbetrages und der Kameraneigung auf die Translations- und Rotationsfehler der ermittelten Bewegungschätzung untersucht. Für die Auswertung realer Bildfolgen wurde eine Verarbeitungskette implementiert, die die Bildmerkmalsextraktion, die Bildmerkmalszuordnung und die Berechnung der relativen Kameralage umfasst. Anhand von Untersuchungen des Bildflusses konnte hergeleitet werden, welche Kamerabewegungen besser als andere aus Punktkorrespondenzen bestimmt werden können. Diese Ergebnisse werden durch die Auswertung einer realen Bildfolge bestätigt. Aus diesen Untersuchungen konnten Empfehlungen für die optimale Kameraorientierung abgeleitet werden, die die zuverlässigste Bewegungsschätzung ermöglicht. Bei der Auswertung einer realen Bildfolge, die mit einer IR-Kamera während eines Helikopterfluges aufgezeichnet wurde, konnte gezeigt werden, dass die bildgestützten Verfahren die Kamerabewegung bei dieser Bildfolge gut bestimmen können, obwohl die Kamera ein kleines Sichtfeld hat und während des Fluges ständig geneigt und geschwenkt wurde. Aus den Untersuchungen dieser Arbeit wurde ersichtlich, dass das 5-Punkt-Verfahren unabhängig von der Szenentiefe in den meisten Fällen eine verlässliche Bewegungsschätzung ermöglicht. Jedoch konnte auch gezeigt werden, dass das LM-Verfahren bei einer großen Szenentiefe und das Homographie-basierte Verfahren für eine planare Szene die Kamerabewegung vergleichbar oder deutlich besser als das 5-Punkt-Verfahren ermitteln.