OpenCVでカメラ画像から自己位置認識 (Visual Odometry)

書籍ROSではじめる ロボットプログラミング」を一通り読み終わって、何となくロボットの自己位置認識の重要性を感じている。



ロボット自身の移動量を計測する手法全般を”Odometry“と言うらしい。
中でも1番簡単なやり方は、車輪などの駆動装置の回転数を加算して移動距離とみなす方法。これはWheel Odometryとか呼ばれるらしい。この手法は手軽だがもちろん欠点もあって、車輪が滑るなどして空転した分も移動量として加算されてしまう。そのため、Wheel Odometryではロボットが遠くへ移動するほど、どんどん誤差が溜まってしまう。

これに対して、カメラ画像を使って自己位置認識を行うのがVisual Odometry(VO)という分野。ロボットの自己位置認識では、ステレオカメラやDepthカメラといった3Dカメラを用いたVisual Odometryの手法がたくさんあるようだ。

以前見たコレは単眼カメラで撮影した2Dの画像を用いて自己位置を認識するMonocular Visual Odometry手法の1つ↓
画像認識による位置情報取得 - Semi-Direct Monocular Visual Odometry (SVO)
今日たまたまTwitterのTLで見かけたやつ。単眼のカメラ映像からリアルタイムに位置情報を取得している。論文はこちらそして、GitHubにROSで動作するソースコードが公開されている。


この技術のすごさがやっと分かってきた。
このSVO(Semi-Direct Monocular Visual Odometry)はROSで試せるようですよ↓
http://kivantium.hateblo.jp/entry/2014/07/01/000651



単眼カメラによるVisual Odometry技術に関するチュートリアル、およびOpenCVを使って実装したサンプルが公開されているのを知った↓
https://avisingh599.github.io/vision/visual-odometry-full/
https://avisingh599.github.io/vision/monocular-vo/


ソースコード(C++)はこちら

mono-vo

これは、OpenCV 3.0をベースにMonocular Visual Odometry手法(単眼カメラによる自己位置認識)を実装したものです。

アルゴリズム

基本行列の推定にNisterの5点アルゴリズムを使用し、トラッキングにはFAST特徴量とKanade-Lucas-Tomasi Feature Tracker(Lucas–Kanade法)を使用しています。
詳細はこちらのレポートこちらのブログ記事をご覧ください。

注意事項:
このプロジェクトはまだ相対スケールの推定精度が低いです。そのため、スケール情報はKITTIデータセットのground truthファイルから取得しています。

見たところ、ソースコードはそれほど大規模じゃなさそうだけど、OpenCVを使うとそんなに簡単に書けちゃうものなのだろうか。

追記:中身を読んでみた↓



ここで出てくるKITTIデータセットというのは自動車ビジョン向けの大規模データセットらしいです↓

自動車ビジョン向けの新しい大規模データセット「KITTI Vision Benchmark Suite」



このVisual Odometry技術でロボットの移動量を正確に認識して、さらにその情報から地図を作成するところまで発展するとSLAMなんですかね。(良く解ってない)

2020年5月 追記:最近はPythonでVisual OdometryできるpySLAMというのがありますね↓
https://github.com/luigifreda/pyslam

2通りの再構成方法

カメラで撮影した連続画像(動画)から移動量を測るための再構成方法には大きく2通りあるらしい。

  • indirect (feature-based):画像から特徴点を抽出し、疎(sparse)な情報のマッチングで再構成する
  • direct:密(dense)な画素情報をそのまま使って再構成する

上記mono-voのコードは特徴点ベースだから、indirectな方法を実装しているということですね。

単眼カメラによるSLAMで有名なLSD-SLAMは、directな手法↓
http://vision.in.tum.de/research/vslam/lsdslam

LSD-SLAMのソースコードは公開されてはいるけど、まだ試せるほど知識がない。

追記:directな手法とindirectな手法を組み合わせたDirect Sparse Odometry(DSO)という手法があるらしい↓
https://vision.in.tum.de/research/vslam/dso



ソースコードもある↓
https://github.com/JakobEngel/dso

追記:第1回3D勉強会@関東でDSOについて解説されていました↓

関連記事

trimesh:PythonでポリゴンMeshを扱うライブラリ

定数

PythonでMayaのShapeノードプラグインを作る

WordPressのテーマを自作する

MeshLab:3Dオブジェクトの確認・変換に便利なフリーウェア

openMVG:複数視点画像から3次元形状を復元するライブラリ

Structure from Motion (多視点画像からの3次元形状復元)

SONYの自律型エンタテインメントロボット『aibo』

画像認識による位置情報取得 - Semi-Direct Monocular Visual Odome...

Human Generator:Blenderの人体生成アドオン

Point Cloud Consortiumのセミナー「3D点群の未来」に行ってきたよ

Web経由でRaspberry PiのGPIOを操作したい

SSII2014 チュートリアル講演会の資料

Blendify:コンピュータービジョン向けBlenderラッパー

OpenCVで動画の手ぶれ補正

海外ドラマのChromaKey

AnacondaとTensorFlowをインストールしてVisual Studio 2015で使う

CGレンダラ研究開発のためのフレームワーク『Lightmetrica (ライトメトリカ)』

iPhone・iPod touchで動作する知育ロボット『ROMO』

Model View Controller

写真に3Dオブジェクトを違和感無く合成する『3DPhotoMagic』

プログラムによる景観の自動生成

PSPNet (Pyramid Scene Parsing Network):ディープラーニングによ...

UnityからROSを利用できる『ROS#』

Caffe:読みやすくて高速なディープラーニングのフレームワーク

Seleniumを使ったFXや株の自動取引

Google Colaboratoryで遊ぶ準備

マルコフ連鎖モンテカルロ法

Verilog HDL

まだ続くブログの不調

書籍『3次元コンピュータビジョン計算ハンドブック』を購入

Point Cloud Utils:Pythonで3D点群・Meshを扱うライブラリ

Open Shading Language (OSL)

OpenAR:OpenCVベースのマーカーARライブラリ

クラスの基本

iOSで使えるJetpac社の物体認識SDK『DeepBelief』

FreeMoCap Project:オープンソースのマーカーレスモーションキャプチャ

ブログが1日ダウンしてました

OpenCVのバージョン3が正式リリースされたぞ

Iterator

ブラウザ操作自動化ツール『Selenium』を試す

html5のcanvasの可能性

コメント

  1. […] monocular-visual-odometry-using-opencv [OpenCV][カメラ] […]

  2. […] OpenCVでカメラ画像から自己位置認識 (Visual Odometry) […]