dc.contributor.author |
Massot Campos, Miguel Francisco
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dc.date |
2019 |
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dc.date.accessioned |
2020-01-15T08:44:59Z |
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dc.date.available |
2020-01-15T08:44:59Z |
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dc.date.issued |
2020-01-15 |
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dc.identifier.uri |
http://hdl.handle.net/11201/150602 |
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dc.description.abstract |
[cat] Els mapes visuals tridimensionals del fons marí proporcionen informació objectiva
per caracteritzar de manera fiable aquestes àrees. Aquests mapes són també de gran
valor d’estudi per a llocs arqueològics o àrees geològicament interessants. Sovint, es
necessiten escales espacials de més de 8 ordres de magnitud, des de la resolució
milimètrica fins als > 100 km 2 , per reconèixer les característiques clau d’interès
per a les àrees sobre les quals es distribueixen. La resolució precisa a escala ha estat
un problema en l’última dècada. Avui dia, els nous sensors basats en visió, com els
làsers i la llum estructurada, ofereixen una resolució més alta que els sensors
acústics coneguts. L’ús d’aquests nous sensors planteja nous reptes en la
localització subaquàtica, ja que la majoria dels errors del mapa provenen ara de
l’autolocalització i no del sensor de mesura.
Aquesta tesi presenta dues solucions diferents al problema del mapatge visual. La
primera part presenta un nou sistema de llum estructurada basat en làser per
augmentar la resolució de percepció 3D, la precisió i la velocitat de fotogrames en
comparació dels seus homòlegs acústics i càmeres. El sistema consta d’un element
òptic difractiu (DOE) amb làser que difracta el feix en 25 plans paralels i una
càmera per recuperar les línies intersectades al fons marí. Proposem un
procediment de calibratge i resolem el problema de correspondència utilitzant un
algoritme d’arbre d’expansió màxima. Els resultats experimentals mostren que el
sistema aconsegueix una millor representació dels objectes i supera la estereoscòpia
simple en escenaris sense característiques visuals.
La segona part de la tesi fa servir un làser estàndard d’una línia en una solució
batimètrica SLAM per corregir tant la navegació com la forma general de l’entorn
detectat. Es presenten dos algoritmes diferents, un és SLAM batimètric a partir de
sub-mapes, que guarda porcions de mapa petites per ser registrades en una etapa
posterior utilitzant ICP i BPSLAM, una quadrícula 2.5D que tracta cada mesura làser
com una partícula en un filtre de partícules per trobar la posició que millor s’adapti
al mapa conegut. Els algoritmes batimètrics desenvolupats de SLAM es proven en
una petita àrea rocosa propera a la costa a Valldemossa utilitzant SparusII i en
Hidrate Ridge usant AE2000f. |
ca |
dc.description.abstract |
[spa] Los mapas visuales tridimensionales del fondo marino proporcionan información
objetiva para caracterizar de manera confiable dichas áreas.Estos mapas son
también de gran valor de estudio para sitios arqueológicos o áreas geológicamente
interesantes. A menudo, se necesitan escalas espaciales de más de 8 órdenes de
magnitud, desde la resolución milimétrica hasta los > 100 km², para reconocer las
características clave de interés para las áreas sobre las cuales se distribuyen. La
resolución precisa a escala ha sido un problema en la última década. Hoy en día, los
nuevos sensores basados en visión, como los láseres y la luz estructurada, ofrecen
una resolución más alta que los sensores acústicos conocidos. El uso de estos
novedosos sensores plantea nuevos desafíos en la localización subacuática, ya que
la mayoría de los errores del mapa provienen ahora de la autolocalización y no del
sensor de medida.
Esta tesis presenta dos soluciones diferentes al problema del mapeo visual. La
primera parte de PhD presenta un novedoso sistema de luz estructurada basado en
láser para aumentar la resolución de percepción 3D, la precisión y la velocidad de
fotogramas en comparación con sus homólogos acústicos y cámaras. El sistema
consta de un elemento óptico difractivo (DOE) con láser que difracta el haz en 25
planos paralelos y una cámara para recuperar las líneas intersectadas al fondo
marino. Proponemos un procedimiento de calibración y resolvemos el problema de
correspondencia utilizando un algoritmo de árbol de expansión máxima. Los
resultados experimentales muestran que el sistema consigue una mejor
representación de los objetos y supera la estereoscopía simple en escenarios sin
características visuales.
La segunda parte de la tesis usa un láser estándar de una línea en una solución
batimétrica SLAM para corregir tanto la navegación como la forma general del
entorno detectado. Se presentan dos algoritmos diferentes, uno es SLAM
batimétrico a partir de sub-mapas, que guarda porciones de mapa peque nas para
ser registradas en una etapa posterior utilizando ICP y BPSLAM, una cuadrícula 2.5D
que trata cada medida láser como una partícula en un filtro de partículas para
encontrar la posición que mejor se adapte al mapa conocido. Los algoritmos
batimétricos desarrollados de SLAM se prueban en una peque na área rocosa
cercana a la costa en Valldemossa utilizando SparusII y en Hidrate Ridge usando
AE2000f. |
ca |
dc.description.abstract |
[eng] Three-dimensional visual maps of the seafloor provide objective information to
reliably characterise these scenes. These maps are of great study value for
archaeological sites or geologically interesting areas. Often, spatial scales over 8
orders of magnitude are needed, from the millimetre resolution to the > 100 km², to
recognise key features of interest to areas over which they are distributed. Delivering
precise resolution at scale has been an issue for the last decade. Nowadays, new
vision based sensors such as lasers and structured light provide a higher resolution
than known acoustic sensors. Using these innovative sensors poses new challenges
in underwater localization as most of the mapping error comes now from the selflocalization rather than from the measurement sensor.
This thesis presents two different solutions to the visual mapping problem. The first
part of the PhD presents a novel laser-based structured light system to increase 3D
perception resolution, accuracy and frame rate when compared to acoustic
counterparts and cameras. The system consists of a laser Diffractive Optical
Element (DOE) that diffracts the beam in 25 parallel planes and a camera to recover
the intersected lines to the seafloor. We propose a calibration procedure and solve
the correspondence problem using a Maximum Spanning Tree algorithm. The
experimental results show that the system draws a better representation of the
objects in front and outperforms plain stereoscopy in featureless scenarios.
The second part of the thesis uses a standard laser stripe instead, to cast a single
line on the seafloor, in a bathymetric SLAM solution to correct both the navigation
and overall shape of the sensed environment. Two different algorithms are
presented, one is sub-map bathymetric SLAM, which saves small map portions to be
registered at a later stage using ICP and BPSLAM, a 2.5D grid that treats every scan
as a particle in a Particle Filter to find the position that better suits the known map.
The developed bathymetric SLAM algorithms are tested in a close-to-shore small
rocky area in Valldemossa using the AUV SparusII and in a large survey in the
Hydrate Ridge using the AUV AE2000f. |
ca |
dc.format |
application/pdf |
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dc.format.extent |
157 |
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dc.language.iso |
eng |
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dc.publisher |
Universitat de les Illes Balears |
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dc.rights |
all rights reserved |
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dc.rights |
info:eu-repo/semantics/openAccess |
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dc.subject.other |
Underwater imaging |
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dc.subject.other |
Laser stripe |
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dc.subject.other |
3D reconstruction |
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dc.subject.other |
Structured light |
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dc.title |
New insights on laser-based structured light for underwater 3D reconstruction |
ca |
dc.type |
info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
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dc.type |
info:eu-repo/semantics/publishedVersion |
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dc.subject.udc |
51 - Matemàtiques |
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dc.subject.ac |
Laser-based underwater three-dimensional reconstruction |
ca |
dc.contributor.director |
Oliver Codina, Gabriel
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dc.contributor.tutor |
Ortiz Rodríguez, Alberto
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dc.doctorat |
Doctorat en Tecnologies de la Informació i les Comunicacions (vigent) |
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