Transcript ppt presentation

SLAM amb visió monocular
Joan Solà
LAAS-CNRS
Tolosa de Llenguadoc, França
De què va:
» SLAM amb Mesures Angulars (o SLAM amb visió monocular)
» Inicialització de les fites
» Eficiència:
 FDPs Gaussianes
Quadre SLAM-FKE
» Situacions complicades:
2
Què hi ha:
»
El problema de la inicialització de les fites
»
El Raig Geomètric: una representació eficient
de la FDP de la posició de la fita
»
Mètodes retardats i immediats
»
Dues execucions en temps real:
•
L’algorisme retardat de Correcció en Bloc
•
L’algorisme immediat per Repartiment
Federatiu de la Informació
3
SLAM: de l’anglès, Simultaneous
Localization And Mapping
2
5
1
R
1
4
3
2
3
4
5
4
SLAM amb observabilitat total
• La inicialització de les fites és fàcil:
2
5
El problema:
Inicialització de Fites
• La solució ingènua
?
tara
?
tabans
tara
Te
6
El problema:
Inicialització de Fites
• Considerar les incerteses
?
El punt 3D
és aquí dins!
tara
tabans
tara
Te
7
El problema:
Inicialització de Fites
• Els casos Feliç i Infeliç
No Tan Feliç
Feliç
Infeliç
8
El problema:
Inicialització de Fites
• El cas Feliç
• Podria calcular la
Gaussiana resultant:
• La mitjana s’acosta a la
solució nominal (ingènua)
Cal recordar la
darrera posició!
tabans
tara
• The covariança s’obté
transformant les incerteses
del robot i de les mesures
per mitjà dels Jacobians de
les funcions d’observació
9
El problema:
Inicialització de Fites
3
• El cas No Tan Feliç
2
1
0
0
1
2
Cal un TEST de Gaussianitat!
3
• El càlcul és arriscat:
• Una Gaussiana no encaixa amb la FDP real:
• La mitjana no és a la solució nominal
• La covariança no és representativa
• Però encara puc esperar una situació més favorable
10
El problema:
Inicialització de Fites
• El cas Infeliç
???
• No hi ha res en absolut per calcular!
• I és inútil esperar res.
• Però és el cas de les fites que cauen prop de
la direcció de la marxa del robot
11
La IDEA clau
INIcialització
QuickTime™ and a
TIFF (LZW) decompressor
are needed to see this picture.
?
QuickTime™ and a
TIFF (LZW ) decompressor
are needed to see this picture.
retardada
L’últim membre
és fàcilment
incorporable
L’aproximació
inicial
és fàcil
QuickTime™ and a
TIFF (LZW) decompressor
are needed to see this picture.
QuickTime™ and a
TIFF (LZW) decompressor
are needed to see this picture.
inicialització
immediata
[Kwok]
<Davison>
<Bailey>
[Lemaire]
La selecció de membres
és fàcil i segura
12
Definició del Raig Geomètric
Omplir l’espai entre rmin i rmax
1. Amb el mínim nombre de termes
2. Respectant les restriccions de linearització
r4
r3
Definir una sèrie
geomètrica de
Gaussianes
4
3
 = i / ri
 = ri / ri-1
[ rmin
[Peach]
rmax ]
xR : posició de la càmera
13
Els avantatges
del Raig Geomètric
•
A partir de de la relació d’aspecte, la base geomètrica i els límits:

•

[rmin , rmax]
El nombre de termes és logarítmic en rmax / rmin :
Ng = f( log(rmax / rmin)
•
•
1
Això ens porta a nombres molt petits:
Escenari
rmin
rmax
Relació
Ng
Interior
0.5
5
10
3
Exterior
1
100
100
5
Llarg abast
1
1000
1000
7
Com que els membres són Gaussians, són
fàcilment manipulables amb el FKE.
2
14
Com funciona
La primera observació
determina el Raig Cònic
15
Com funciona
Aproximo el Raig Cònic
amb el Raig Geomètric
C  1N
g

Puc inicialitzar els membres ara:
3
obtindré un mètode immediat.
16
Com funciona
Em moc i faig una
segona observació
Puc distingir els membres a la imatge
17
Com funciona
Calculo versemblances i
actualitzo credibilitats
C  C  

z Z 1  z

2
  2 1 Z e
Que és com modificar la forma del Raig

18
Com funciona
Elimino els membres
inversemblants
C
0.001
nombre_ de _ termes

Que és una operació trivial i segura
19
Com funciona
Amb mètodes immediats
puc corregir el mapa SLAM
20
Com funciona
Vaig fent...
21
Com funciona
I un dia o altre només
quedarà un sol membre.
Aquest membre ja és Gaussià! 3
Si l’inicialitzo ara, tindré un mètode retardat
22
Mètodes
retardats i immediats
Infeliç
immediats
No Tan Feliç
retardats
immediats
Feliç
retardats
immediats
23
immediats
retardats
Mètodes retardats i immediats
• Un algorisme ingenu
• Un algorisme consistent
• L’algorisme de Correcció en
Bloc
• L’algorisme multi-mapa
• L’algorisme del Repartiment
Federatiu de la Informació
24
immediats
retardats
Mètodes retardats i immediats
• Un algorisme ingenu
• Un algorisme consistent
• L’algorisme de Correcció en
Bloc
• L’algorisme multi-mapa
• L’algorisme del Repartiment
Federatiu de la Informació
25
retardat
Un algorisme ingenu
1. Expressar el Raig en referència món
2. Fer ús de les observacions per descartar membres
3. Quan només queda un membre:
•
Prendre la seva distància a la càmera
•
Inicialitzar la fita amb la darrera observació, usant la distància
determinada com a mesura
xˆ
P
QuickTime™ and a
TIFF (LZW) decompressor
are needed to see this picture.
QuickTime™ and a
TIFF (LZW) decompressor
are needed to see this picture.
Manca de correlacions
26
retardat
Un algorisme consistent
1. Expressar el Raig en referència robot
2. Guardar aquesta referència correlacionada dins el mapa SLAM
3. Fer ús de les observacions per descartar membres
4. Quan només queda un membre:
•
Inicialitzar la fita amb la primera observació, usant la seva distància com
a mesura
•
Realitzar una correcció amb l’última observació
QuickTime™ and a
TIFF (LZW) decompressor
are needed to see this picture.
QuickTime™ and a
TIFF (LZW) decompressor
are needed to see this picture.
27
retardat
L’algorisme de Correcció en Bloc
1. Expressar el Raig en referència robot
2. Guardar aquesta referència correlacionada dins el mapa SLAM
3. En observacions seleccionades:
•
•
Descartar membres.
Correlacionar la referència robot i guardar l’observació associada.
4. Quan només queda un membre:
•
•
Inicialitzar-lo al mapa
Realitzar una correcció en bloc amb totes les observacions guardades
QuickTime™ and a
TIFF (LZW) decompressor
are needed to see this picture.
QuickTime™ and a
TIFF (LZW) decompressor
are needed to see this picture.
28
retardat
L’algorisme de Correcció en Bloc
29
L’algorisme de Correcció en Bloc
QuickTime™ et un
décompresseur
sont requis pour visionner cette image.
retardat
QuickTime™ et un
décompresseur
sont requis pour visionner cette image.
www.laas.fr/~tlemaire/publications/lemaireIROS2005.pdf
30
immediats
retardats
Mètodes retardats i immediats
• Un algorisme ingenu
• Un algorisme consistent
• L’algorisme de Correcció en
Bloc
• L’algorisme multi-mapa
• L’algorisme del Repartiment
Federatiu de la Informació
31
immediat
L’algorisme multi-mapa
1. Inicialitzar tots els membres com a fites en mapes diferents
2. En posteriors observacions:
•
•
Actualitzar credibilitats i descartar mapes
Realitzar les correccions dels mapes com en FKE
3. Quan només queda un mapa:
•
Res a fer
QuickTime™ and a
TIFF (LZW) decompressor
are needed to see this picture.
Impossible en temps real
QuickTime™ and a
TIFF (LZW) decompressor
are needed to see this picture.
32
immediat
L’algorisme per Repartiment
Federatiu de la Informació (RFI)
1. Inicialitzar tots els membres com a diferents fites al mateix mapa
2. En posteriors observacions:
•
•
Actualitzar credibilitats i descartar membres
Realitzar una correcció per Repartiment Federatiu de la Informació
3. Quan només queda un membre:
•
Res a fer
QuickTime™ and a
TIFF (LZW) decompressor
are needed to see this picture.
QuickTime™ and a
TIFF (LZW) decompressor
are needed to see this picture.
33
•
La correcció suau Federativa: Compartir la Informació
Correcció FKE amb membre 1
{y, RN }
Correcció FKE amb membre N
Correcció FKE amb membre 2
…
Observació {y, R}
{y, R1 }
{y, R2 }
…
immediat
L'algorisme RFI
Compartir la Informació:
Privilegi de
versemblances:
Coeficient Federatiu i :
34
L'algorisme RFI
i el Cas Infeliç
QuickTime™ et un
décompresseur Cinepak
sont requis pour visionner cette image.
immediat
35
L'algorisme RFI
i el Cas Infeliç
 1 imatge B&N / 7 cm
immediat
 512 x 384 pix, 90º obertura
 precisió 1 pix
36
L'algorisme RFI
i el Cas Infeliç
QuickTime™ et un
décompresseur H.264
sont requis pour visionner cette image.
immediat
37
L'algorisme RFI
i el Cas Infeliç
Vista d’ocell
Vista lateral
immediat
38
En definitiva,
• El Raig Geomètric és una representació molt potent
per fer SLAM amb mesures angulars
• Podem usar-la en mètodes retardats i immediats
• Els mètodes retardats
són tan òptims com el FKE,
però no són universals
• Els mètodes immediats
permeten inicialitzar fites
en la direcció de la marxa
• L’Algorisme de Correcció
en Bloc ofereix gran
flexibilitat en la gestió dels
motius visuals
• El Repartiment
Federatiu de la
Informació possibilita una
execució en Temps Real
39
Gràcies!