VISUAL DETECTION OF INDEPENDENT 3D MOTION BY A MOVING OBSERVER

Abstract

THIS DISSERTATION STUDIES A SUBPROBLEM OF VISUAL MOTION PERCEPTION, NAMELY THE PROBLEM OF VISUAL DETECTION OF INDEPENDENT 3D MOTION. GIVEN AN OBSERVER PURSUING UNRESTRICTED 3D MOTION, THIS PROBLEM CAN BE DEFINED AS THE PROBLEM OF DETECTING OBJECTS THAT MOVE INDEPENDENTLY OF THE OBSERVER 3D SPACE. MOST OF THE EXISTING TECHNIQUES FOR SOLVING THIS PROBLEM RELY ON 2D MODELS OF MOTION AND ON RESTRICTIVE ASSUMPTIONS ABOUT THE ENVIRONMENT, THE OBSERVER'S MOTION, OR BOTH. IN THIS THESIS, FOUR NEW METHODS FOR INDEPENDENT 3D MOTION DETECTION ARE PROPOSED, EACH OF WHICH SOLVES A DIFFERENT ASPECT OF THE PROBLEM. EACH OF THE FOUR METHODS RELIES ON REALISTIC 3D MOTION MODELS, AND DOES NOT DEPEND ON RESTRICTIVE ASSUMPTIONS ABOUT THE ENVIRONMENT OR THE OBSERVERS' MOTION. SPECIAL EMPHASIS IS PUT TOWARDS RELYING ON QUALITATIVE PROCESSING OF THE VISUAL INPUT ACQUIRED BY THE OBSERVER. MOREOVER, AN INTEGRATION FRAMEWORK IS PROPOSED THAT ENABLES THE EXPLOITATION OF THE MERITS OF EACH METHOD WITH RESPECT TO A NUMBER OF DIFFERENT CRITERIA. EXPERIMENTS HAVE BEEN CARRIED OUT BY APPLYING EACH OF THE PROPOSED METHODS TO BOTH SIMULATED DATA, AND TO REAL SEQUENCES OF STEREOSCOPIC IMAGES THAT WERE ACQUIRED USING A ROBOTIC PLATFORM. THE RESULTS OF THESE EXPERIMENTS DEMONSTRATE THE EFFECTIVENESS OF THE METHODS IN DETECTING INDEPENDENTLY MOVING OBJECTS IN A VARIETY OF SCENES, WITHOUT REQUIRING PRIOR INFORMATION REGARDING THE MOTION OF THE OBSERVER OR THE PARAMETERS OF HIS STEREOSCOPIC CONFIGURATION.

H ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΑΥΤΗ ΜΕΛΕΤΑ ΕΝΑ ΥΠΟΠΡΟΒΛΗΜΑ ΤΗΣ ΟΠΤΙΚΗΣ ΑΝΤΙΛΗΨΗΣ ΤΗΣ ΚΙΝΗΣΗΣ ΚΑΙ ΠΙΟ ΣΥΓΚΕΚΡΙΜΕΝΑ ΤΟ ΠΡΟΒΛΗΜΑ ΤΗΣ ΑΝΙΧΝΕΥΣΗΣ ΑΝΕΞΑΡΤΗΤΗΣ ΤΡΙΣΔΙΑΣΤΑΤΗΣ ΚΙΝΗΣΗΣ. ΔΕΔΟΜΕΝΟΥ ΕΝΟΣ ΚΙΝΟΥΜΕΝΟΥ ΠΑΡΑΤΗΡΗΤΗ, ΑΥΤΟ ΤΟ ΠΡΟΒΛΗΜΑ ΜΠΟΡΕΙ ΝΑ ΟΡΙΣΘΕΙ ΣΑΝ ΤΟ ΠΡΟΒΛΗΜΑ ΤΗΣ ΑΝΙΧΝΕΥΣΗΣ ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΩΝ ΠΟΥ ΚΙΝΟΥΝΤΑΙ ΑΝΕΞΑΡΤΗΤΑ ΑΠΟ ΤΟΝ ΠΑΡΑΤΗΡΗΤΗ ΣΤΟΝ ΤΡΙΣΔΙΑΣΤΑΤΟ ΧΩΡΟ. ΟΙ ΠΕΡΙΣΣΟΤΕΡΕΣ ΑΠΟ ΤΙΣ ΥΠΑΡΧΟΥΣΕΣ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΕΠΙΛΥΣΗ ΑΥΤΟΥ ΤΟΥ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΟΣ ΒΑΣΙΖΟΝΤΑΙ ΣΕ ΔΙΔΙΑΣΤΑΤΑ ΜΟΝΤΕΛΑ ΚΙΝΗΣΗΣ ΚΑΙ ΣΕ ΠΕΡΙΟΡΙΣΤΙΚΕΣ ΥΠΟΘΕΣΕΙΣ ΣΧΕΤΙΚΑ ΜΕ ΤΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ, ΤΗΝ ΚΙΝΗΣΗ ΤΟΥ ΠΑΡΑΤΗΡΗΤΗ Η ΚΑΙ ΤΑ ΔΥΟ. ΣΕ ΑΥΤΗ ΤΗΝ ΕΡΓΑΣΙΑ ΠΡΟΤΕΙΝΟΝΤΑΙ ΤΕΣΣΕΡΙΣ ΝΕΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ ΓΙΑΤΗΝ ΑΝΙΧΝΕΥΣΗ ΑΝΕΞΑΡΤΗΤΗΣ ΤΡΙΣΔΙΑΣΤΑΤΗΣ ΚΙΝΗΣΗΣ ΚΑΘΕ ΜΙΑ ΑΠΟ ΤΙΣ ΟΠΟΙΕΣ ΑΝΤΙΜΕΤΩΠΙΖΕΙ ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΗ ΠΤΥΧΗ ΤΟΥ ΟΛΟΥ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΟΣ. ΟΙ ΠΡΟΤΕΙΝΟΜΕΝΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ ΒΑΣΙΖΟΝΤΑΙ ΣΕ ΡΕΑΛΙΣΤΙΚΑ ΤΡΙΣΔΙΑΣΤΑΤΑ ΜΟΝΤΕΛΑ ΚΙΝΗΣΗΣ ΚΑΙ ΔΕΝ ΕΞΑΡΤΩΝΤΑΙ ΑΠΟ ΠΕΡΙΟΡΙΣΤΙΚΕΣ ΥΠΟΘΕΣΕΙΣ ΣΧΕΤΙΚΑ ΜΕ ΤΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ Η ΤΗΝ ΚΙΝΗΣΗ ΤΟΥ ΠΑΡΑΤΗΡΗΤΗ. ΕΜΦΑΣΗ ΔΙΝΕΤΑΙ ΣΤΗ ΠΟΙΟΤΙΚΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΤΩΝ ΕΙΚΟΝΩΝ. ΕΠΙΠΡΟΣΘΕΤΑ, ΠΡΟΤΕΙΝΕΤΑΙ ΕΝΑ ΠΛΑΙΣΙΟ ΟΛΟΚΛΗΡΩΣΗΣ ΠΟΥ ΕΠΙΤΡΕΠΕΙ ΤΗ ΣΥΝΘΕΣΗ ΤΩΝ ΘΕΤΙΚΩΝ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΩΝ ΤΩΝ ΠΡΟΤΕΙΝΟΜΕΝΩΝ ΜΕΘΟΔΩΝ, ΩΣ ΠΡΟΣ ΤΗΝ ΠΟΙΚΙΛΙΑ ΚΡΙΤΗΡΙΩΝ. ΟΙ ΜΕΘΟΔΟΙ ΔΟΚΙΜΑΣΤΗΚΑΝ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΤΟΣΟ ΜΕ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΕΙΣ, ΟΣΟ ΚΑΙ ΜΕ ΤΗΝ ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΤΟΥΣ ΣΕ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΠΟΥ ΣΥΛΛΕΧΘΗΚΑΝ ΑΠΟ ΜΙΑ ΡΟΜΠΟΤΙΚΗ ΠΛΑΤΦΟΡΜΑ. ΤΑ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΔΕΙΧΝΟΥΝ ΤΗΝ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΙΚΟΤΗΤΑ ΤΩΝ ΜΕΘΟΔΩΝ ΩΣ ΠΡΟΣ ΤΗΝ ΑΝΙΧΝΕΥΣΗ ΑΝΕΞΑΡΤΗΤΗΣ ΤΡΙΣΔΙΑΣΤΑΤΗΣ ΚΙΝΗΣΗΣ ΣΕ ΜΕΓΑΛΗ ΠΟΙΚΙΛΙΑ ΠΕΡΙΠΤΩΣΕΩΝ, ΧΩΡΙΣ ΝΑ ΑΠΑΙΤΕΙΤΑΙ ΕΚ ΤΩΝ ΠΡΟΤΕΡΩΝ ΓΝΩΣΗ ΤΩΝ ΠΑΡΑΜΕΤΡΩΝ ΚΙΝΗΣΗΣ ΤΟΥ ΠΑΡΑΤΗΡΗΤΗ.