Una Arquitectura Eficiente de Percepci´on de Alto Nivel PDF
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UniversidaddeMurcia Facultad deInforma´tica DepartamentodeIngenier´ıayTecnolog´ıadeComputadores TESIS DOCTORAL Una Arquitectura Eficiente de Percepcio´n de Alto Nivel: Navegacio´n Visual para Robots Auto´nomos en Entornos Estructurados. Pedro EnriqueLo´pezdeTeruelAlcolea Directores: AlbertoRuizGarc´ıa Jose´ ManuelGarc´ıa Carrasco Murcia,2003 Resumen Estatesisdescribeeldisen˜oeimplementacio´ndeunrobotmo´vilcapazderealizarunain- terpretacio´nestructuraldelentornousandou´nicamenteinformacio´n sensorialdetipovisual ypropioceptivo.El comportamientodeseadoesla navegacio´n entiemporeal basada enesta interpretacio´n,enlugardelaestrictamentereactivaalosest´ımulosinmediatos.Optamospor un criterio dedisen˜ofundamentalmente predictivo:el sistemadebeanticipar las consecuen- cias de sus acciones, mostrando una cierta comprensio´n predictiva de la escena en la que se mueve. Se proponen soluciones para todos los niveles de la percepcio´n. En las etapas inferiores sehadesarrolladounate´cnicadeextraccio´ndesegmentosconinformacio´n decolor,degran potencia expresiva y eficiencia computacional. Con objeto de inferir propiedades eucl´ıdeas del espacio se presenta una coleccio´n de me´todos de autocalibracio´n que, apoya´ndose en el formalismo de la geometr´ıa proyectiva, aprovechan tambie´n la informacio´n odome´trica del agenteauto´nomo.Lapercepcio´ndealtonivel,finalmente,seresuelvemedianteunciclodege- neracio´n,seguimientoycorroboracio´ndehipo´tesismodelizadorasdelentorno,quesonman- tenidas en una representacio´ninterna estable y sintonizada con los movimientos del agente. La principal caracter´ıstica de este mecanismo es la interaccio´n constante entre los procesos perceptivos ascendentes, guiados por los est´ımulos sensoriales, y los descendentes,guiados por los modelos previos. Todos estos elementos se integran en una arquitectura hardware- software eficiente, modular y flexible, en la que accio´n y percepcio´n cooperan estrechamente paralograrlarobustezycontinuidadnecesariasenlanavegacio´n. Abstract Thisthesisdescribesthedesignandimplementationofamobilerobotwhichisabletoper- formastructuralinterpretationofindoorenvironments,usingonlyvisualandproprioceptive sensoryinformation. The desired behaviour is real-time navigation based on this interpreta- tion, instead of a reactive approach. We use a predictive design criterion: the system must anticipate theconsequencesofits actions,showinga certain predictiveunderstandingofthe sceneinwhichitmoves. We propose solutions for all perception levels. First, we have developed a segment ex- traction techniqueaugmentedwithcolourinformation, of remarkable expressivepowerand computational efficiency. To infer euclidean properties of space we present a collection of autocalibration methods based on the projective geometry formalism, taking advantage of theodometricinformation of theautonomousagent.High level perception,finally, issolved through generation, tracking and confirmation of hypothesis about the environment, which are maintained in an stable internal representation tuned with the agent movements. This mechanismischaracterizedbyaconstantinteractionbetweenthebottom-upperceptivepro- cesses, guided by sensory stimuli, and the top-down ones, guided by the models. All these elementsare integratedin an efficient,modular andflexible hardware-software architecture, inwhichactionandperceptioncooperatetoachievetherobustnessandcontinuityneededby realworldnavigation. APaloma,elaguaquenuncafalto´ en estatraves´ıa deldesierto. Alamemoriademipadre. Agradecimientos A mis directores detesis,los doctoresA. Ruiz y J.M. Garc´ıa, por haberme guiado en esta investigacio´nmostrandounapacienciaycomprensio´nsinl´ımites.Graciasporelconocimien- toylaamistadquehabe´iscompartidoconmigoalolargodeestosan˜os. A mi familia, que desde Lorca y Motril siempre estuvo ah´ı, y sin cuyo apoyo en los mo- mentos dif´ıciles esta tesisno habr´ıa visto la luz. Gracias por no haber dejado nunca de creer enm´ı. A mis compan˜eros del Departamento de Ingenier´ıa y Tecnolog´ıa de Computadores, los que esta´n y los que han sido, por hacer de cada d´ıa en la Facultad compartido con ellos un verdadero placer. Gracias por haberme animado y ayudadoen multitud de ocasiones, y por entenderas´ıestaprofesio´n. Aloscompan˜erosdecomidasytertuliasdecafe´,Alberto,Juan,LorenzoyPaloma,porha- cerdeldescansodiariounodelosmomentosma´sagradablesyenriquecedoresdelajornada. Amisamigosdetodalavida,porrecordarmequenadaestanvaliosocomounaamistad sincera.Mencio´nespecialparaRosen,siempredispuestoaayudarenelcacharreo. A la comunidad del software libre, por el extraordinario apoyo que prestan d´ıa a d´ıa al progresocient´ıfico yhaber hechoposible la existencia demaravillas comoLinux,Latex, gcc y tantasotrasherramientassinlascuales,definitivamente,estatesisnohubiesesidotandiver- tida. AAlberto,lapersonaquemeensen˜o´ adisfrutardeestetrabajoyquedesdeelprincipiome brindo´ unaamistadmuyporencimadelarelacio´nprofesional.Graciasportodoloensen˜ado ycompartido. Y finalmente a Paloma, por quererme sin reservas y haberme acompan˜ado en este viaje. Vaporti. PedroE. Murcia,Juniode2003
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