Ο σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας ήταν η μελέτη και υλοποίηση μεθοδολογίας για Ταυτόχρονο Εντοπισμό θέσης και Χαρτογράφηση (SLAM – Simultaneous Localization and Mapping) σε ένα αυτόνομο υποβρύχιο ρομποτικό όχημα (AUV). Η τεχνική που μελετήθηκε στηρίζεται στην οπτική πληροφορία που λαμβάνεται από μία στέρεο κάμερα. Τελικό αποτέλεσμα της όλης διαδικασίας ήταν η δημιουργία τμήματος χάρτη, στον οποίο αποτυπώνεται η πορεία του οχήματος μέσα σε ένα πλαίσιο και η ακριβής θέση του κατά την διάρκεια αυτής.
Το περιβάλλον ήταν μια πισίνα μικρού σχετικά μεγέθους και μικρού βάθους. Στον πυθμένα της τοποθετήθηκε φωτομωσαϊκό το οποίο δημιουργήθηκε από συρραφή εικόνων βυθού συλλεγμένων από μονοσκοπική κάμερα. Το φωτομωσαϊκό τοποθετήθηκε στο βυθό της πισίνας και το αυτόνομο υποβρύχιο ρομποτικό όχημα εξοπλίστηκε με στερεοσκοπική κάμερα και ακολούθησε συγκεκριμένη πορεία μέσα σε αυτόν. Συλλέχθηκαν στερεοσκοπικές εικόνες, με αρκετά μεγάλη επικάλυψη μεταξύ των ζευγών, στις οποίες εκτελέστηκαν συγκεκριμένες επεξεργασίες, με τελικό σκοπό τον ταυτόχρονο εντοπισμό και χαρτογράφηση του περιβάλλοντα χώρου. Η ακολουθία των εργασιών αποτελείται από τη βαθμονόμηση της κάμερας, τη δημιουργία τμήματος φωτομωσαϊκού, τη δημιουργία ενός χάρτη βάθους πεδίου και την αναπαράσταση της τροχιάς του υποβρύχιου ρομποτικού οχήματος.
Η μεθοδολογία με περαιτέρω ανάπτυξη μπορεί να γίνει οδηγός για την υλοποίηση ενός εύρωστου συστήματος Ταυτόχρονου Εντοπισμού και Χαρτογράφησης, βασισμένου σε οπτική πληροφορία από στέρεο κάμερα, κατάλληλου για υποβρύχιες εφαρμογές σε αυστηρά δομημένους περιβάλλοντες χώρους. Ο αλγόριθμος που υλοποιήθηκε μπορεί να βελτιωθεί και να επεκταθεί σχετικά εύκολα, καθώς είναι δομημένος σε ανεξάρτητα τμήματα.
Λέξεις κλειδιά: αυτόνομο υποβρύχιο ρομποτικό όχημα, εκτίμηση θέσης, βαθμονόμηση στέρεο κάμερας, βαθυμετρικός χάρτης, χαρτογράφηση, SLAM, στέρεο SLAM, οπτική οδομετρία, SIFT, SURF, κόμβοι, ROS, ρομποτική όραση, στερεοσκοπική κάμερα, ταίριασμα εικόνων, μοντέλο κίνησης, ιστογράμματα χρώματος.
(EL)
The purpose of this thesis was to study and implement a methodology of Simultaneous Localization and Mapping (SLAM) with the help of an autonomous underwater vehicle (AUV). This technique was implemented based on the visual information obtained from a stereo camera. The result of all processing,
was the representation of the odometry, the trajectory of the AUV
within a small constrained environment. The environment was a relatively small and shallow pool. In the bottom of the pool
a photomosaic was placed, which was created by a simple single lens camera. An autonomous underwater vehicle, equipped with as tereoscopic camera, followed a course in it and stereo images were collected, and used for specific steps of the SLAM process. The sequence of operations consists of calibrating the
stereo camera, creating a portion of photomosaic map, creating a depth map of a specific part of the field, and the representation of the autonomous underwater vehicle odometry. The proposed methodology can serve as a guide, towards the implementation of a robust Simultaneous Localization and Mapping system, based on visual information from stereo camera and suitable
for underwater applications in constrained environment. The developed algorithm can be improved and expanded as it
structured into independent segments and modular subcomponents.
(EN)
