Vision-based Mobile Robot Localization and Mapping using fisheye Lens

어안렌즈를 이용한 비전 기반의 이동 로봇 위치 추정 및 매핑

A key component of an autonomous mobile robot is to localize itself and build a map of the environment simultaneously. In this paper, we propose a vision-based localization and mapping algorithm of mobile robot using fisheye lens. To acquire high-level features with scale invariance, a camera with fisheye lens facing toward to ceiling is attached to the robot. These features are used in mP building and localization. As a preprocessing, input image from fisheye lens is calibrated to remove radial distortion and then labeling and convex hull techniques are used to segment ceiling and wall region for the calibrated image. At the initial map building process, features we calculated for each segmented region and stored in map database. Features are continuously calculated for sequential input images and matched to the map. n some features are not matched, those features are added to the map. This map matching and updating process is continued until map building process is finished, Localization is used in map building process and searching the location of the robot on the map. The calculated features at the position of the robot are matched to the existing map to estimate the real position of the robot, and map building database is updated at the same time. By the proposed method, the elapsed time for map building is within 2 minutes for 50㎡ region, the positioning accuracy is ±13cm and the error about the positioning angle of the robot is ±3 degree for localization.

로봇이 자율주행을 하는데 있어 중요한 요소는 로봇 스스로 위치를 추정하고 동시에 주위 환경에 대한 지도를 작성하는 것이다. 본 논문에서는 어안렌즈를 이용한 비전 기반 위치 추정 및 매핑 알고리즘을 제안한다. 로봇에 어안렌즈가 부착된 카메라를 천정을 바라볼 수 있도록 부착하여 스케일 불변 특징을 갖는 고급의 영상 특징을 구하고, 이 특징들을 맵 빌딩과 위치 추정에 이용하였다. 전처리 과정으로 어안렌즈를 통해 입력된 영상을 카메라 보정을 행하여 축방향 왜곡을 제거하고 레이블링과 컨벡스헐을 이용하여 보정된 영상에서 천정영역과 벽영역으로 분할한다. 최초 맵 빌딩시에는 분할된 영역에 대해 특징점을 구하고 맵 데이터베이스에 저장한다. 맵 빌딩이 종료될 때까지 연속하여 입력되는 영상에 대해 특징점들을 구하고 맵과 매칭되는 점들을 찾고 매칭되지 않은 점들에 대해서는 기존의 맵에 추가하는 과정을 반복한다. 위치 추정은 맵 빌딩 과정과 맵 상에서 로봇의 위치를 찾는데 이용된다. 로봇의 위치에서 구해진 특징점들은 로봇의 실제 위치를 추정하기 위해 기존의 맵과 매칭을 행하고 동시에 기존의 맵 데이터베이스는 갱신된다. 제안한 방법을 적용하면 50㎡의 영역에 대한 맵 빌딩 소요 시간은 2분 이내, 위치 추정시 위치 정확도는 ±13cm, 로봇의 자세에 대한 각도 오차는 ±3도이다.