Visual Odometry

Problem

Mobile Echtzeitsysteme benötigen eine Schätzung ihrer Bewegung. Diese kann durch Odometrie oder verschiedene Arten von Sensoren, einschließlich Kameras, ermittelt werden. Die Veränderung des Kamerabildes zwischen aufeinanderfolgenden Bildern ermöglicht die Bestimmung der Bewegung mit fünf Freiheitsgraden bei Monokameras (d. h. der Maßstab kann nicht allein aus den Bildern ermittelt werden) oder mit sechs Freiheitsgraden bei Stereokameras mit bekanntem Verhältnis zwischen den Kameras (d. h. vorkalibriert) und synchronisierter Aufnahme von Bildern.

Method

Die Stereo-Ego-Motion-Methode arbeitet mit aufeinanderfolgenden Bildern der linken Kamera eines synchronisierten und entzerrten Stereokamerasystems. Es basiert auf der Identifizierung von Bildmerkmalen, die wahrscheinlich in aufeinanderfolgenden Bildern wiederzufinden sind. Zu diesem Zweck wird der bekannte Harris-Eckendetektor verwendet. Korrespondenzen zwischen den Ecken eines Bildes und den Ecken des nächsten (linken) Bildes werden durch Rangkorrelation ermittelt, die schnell berechnet werden kann und bekanntermaßen tolerant gegenüber geometrischen und radiometrischen Ausreißern innerhalb des Korrelationsfensters ist. So werden alle Ecken eines Bildes mit allen Ecken eines anderen Bildes verglichen und umgekehrt (zur Konsistenzprüfung). Robustheit gegenüber Korrespondenzausreißern wird dadurch erreicht, dass alle Punkte dreidimensional rekonstruiert werden, indem das Disparitätsbild eines Stereo-Algorithmus verwendet wird und die Starrheitsbedingung der entsprechenden Punktpaare erzwungen wird. Dies geschieht durch den Vergleich des relativen Abstands zweier Punkte, die aus einem Stereobild rekonstruiert wurden, mit dem relativen Abstand von Punktpaaren, die aus dem nächsten Stereobild rekonstruiert wurden. Wenn sich die relativen Abstände unterscheiden, ist mindestens eine Übereinstimmung falsch. Ein spezieller Algorithmus wendet die Einschränkung auf alle Punkte an, um eine große Gruppe von Punkten mit konsistenten Abständen zu finden.

Nach dieser Ausreißererkennung erfolgt die Berechnung der Bewegung in geschlossener Form unter Verwendung einer Singulärwertzerlegung, gefolgt von einer nichtlinearen Optimierung, die den Reprojektionsfehler minimiert.

Eine detaillierte Beschreibung der Methode wurde bereits veröffentlicht (Hirschmüller et al., 2002; Hirschmüller, 2003).

Results

Die Stereo-Ego-Motion-Methode wird für Echtzeitanwendungen in der mobilen Robotik eingesetzt, wenn eine synchronisierte Stereokamera zur Verfügung steht, z.B. bei Kabblern.

Publications