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[en] REAL-TIME METRIC-SEMANTIC VISUAL SLAM FOR DYNAMIC AND CHANGING ENVIRONMENTS / [pt] SLAM VISUAL MÉTRICO-SEMÂNTICO EM TEMPO REAL PARA AMBIENTES EM MUDANÇA E DINÂMICOS

JOAO CARLOS VIRGOLINO SOARES 05 July 2022 (has links)
[pt] Robôs móveis são cada dia mais importantes na sociedade moderna, realizando tarefas consideradas tediosas ou muito repetitivas para humanos, como limpeza ou patrulhamento. A maioria dessas tarefas requer um certo nível de autonomia do robô. Para que o robô seja considerado autônomo, ele precisa de um mapa do ambiente, e de sua posição e orientação nesse mapa. O problema de localização e mapeamento simultâneos (SLAM) é a tarefa de estimar tanto o mapa quanto a posição e orientação simultaneamente, usando somente informações dos sensores, sem ajuda externa. O problema de SLAM visual consiste na tarefa de realizar SLAM usando somente câmeras para o sensoriamento. A maior vantagem de usar câmeras é a possibilidade de resolver problemas de visão computacional que provêm informações de alto nível sobre a cena, como detecção de objetos. Porém a maioria dos sistemas de SLAM visual assume um ambiente estático, o que impõe limitações para a sua aplicabilidade em cenários reais. Esta tese apresenta soluções para o problema de SLAM visual em ambientes dinâmicos e em mudança. Especificamente, a tese propõe um método para ambientes com multidões, junto com um detector de pessoas customizado baseado em aprendizado profundo. Além disso, também é proposto um método de SLAM visual para ambientes altamente dinâmicos contendo objetos em movimento, combinando um rastreador de objetos robusto com um algoritmo de filtragem de pontos. Além disso, esta tese propõe um método de SLAM visual para ambientes em mudança, isto é, em cenas onde os objetos podem mudar de lugar após o robô já os ter mapeado. Todos os métodos propostos são testados com dados públicos e experimentos, e comparados com diversos métodos da literatura, alcançando um bom desempenho em tempo real. / [en] Mobile robots have become increasingly important in modern society, as they can perform tasks that are tedious or too repetitive for humans, such as cleaning and patrolling. Most of these tasks require a certain level of autonomy of the robot. To be fully autonomous and perform navigation, the robot needs a map of the environment and its pose within this map. The Simultaneous Localization and Mapping (SLAM) problem is the task of estimating both map and localization, simultaneously, only using sensor measurements. The visual SLAM problem is the task of performing SLAM only using cameras for sensing. The main advantage of using cameras is the possibility of solving computer vision problems that provide high-level information about the scene, such as object detection. However, most visual SLAM systems assume a static environment, which imposes a limitation on their applicability in real-world scenarios. This thesis presents solutions to the visual SLAM problem in dynamic and changing environments. A custom deep learning-based people detector allows our solution to deal with crowded environments. Also, a combination of a robust object tracker and a filtering algorithm enables our visual SLAM system to perform well in highly dynamic environments containing moving objects. Furthermore, this thesis proposes a visual SLAM method for changing environments, i.e., in scenes where the objects are moved after the robot has already mapped them. All proposed methods are tested in datasets and experiments and compared with several state-of-the-art methods, achieving high accuracy in real time.

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