Monitorização de objetos em 3-D com base em múltiplas câmaras

Abstract

No ano de 2014 foi concluído um novo edifício na Universidade de Aveiro, para o desenvolvimento de projetos em robótica. Neste edifício está localizado um campo de futebol robótico com dimensões oficiais, para o desenvolvimento do projeto CAMBADA. O futebol robótico representa um banco de ensaio inovador e atraente para os mais recentes avanços em sistemas multiagente, inteligência artificial, perceção, navegação e biped walking. O principal elemento sensor de um robô de futebol deve ser o seu sistema de perceção, muitas das vezes baseado numa câmara digital, através da qual o robô analisa o mundo circundante. Até à presente data, a validação de um sistema de visão de um jogo de futebol pode apenas ser relacionado com a forma como o robô e os seus companheiros de equipa interpretam o ambiente à sua volta. Esta dissertação tem como objetivo desenvolver um sistema de visão externo de monitorização que pode atuar como um sistema de ground truth para a validação dos objetos de interesse de um jogo de futebol robótico, principalmente os robôs e a bola. O sistema é constituído por duas a quatro câmaras, estrategicamente posicionadas no campo de futebol. O trabalho dividiu-se em quatro partes fundamentais: a seleção do método mais adequado para a aplicação; o desenvolvimento de software para efetuar a calibração das câmaras RGB; o desenvolvimento de software para obter a posição 3-D de objetos e a validação dos resultados obtidos, em termos de precisão e fiabilidade. Os resultados indicam que um sistema deste tipo parece adequado para ser utilizado como ground truth das posições da bola no campo, durante um jogo de futebol robótico.

A new building was concluded at the University of Aveiro for the development of projects in robotics, in 2014. In this building is located a robotic soccer field with official dimensions, for the development of the CAMBADA project. Robotic soccer represents an innovative and appealing test bed for the most recent advances in multi-agent systems, artificial intelligence, perception, navigation and biped walking. The main sensorial element of a soccer robot must be its perception system, most of the times based on a digital camera, through which the robot analyses the surrounding world and performs accordingly. Up to this date, the validation of the vision system of a soccer robots can only be related to the way the robot and its team mates interpret the surroundings, relative to their owns. This Master’s thesis aims the development of a external monitoring vision system that can act as a ground truth system for the validation of the objects of interest of a robotic soccer game, mainly robots and ball. The system is made of two to four digital cameras, strategically positioned above the soccer field. The developed work was divided into four main parts: the selection of the most appropriate method for the application; the development of a software to perform the calibration of the RGB cameras; the development of a software to obtain the 3-D information of objects and the validation of the obtained results, in terms of accuracy and reliability. The results prove that such a system can indeed be used as a provider for ground truth ball positions on the field during a robotic soccer game.