Estimação de orientação de câmera em ambientes antrópicos a partir de edgels. - Werneck, Nicolau Leal (2012)
Esta tese apresenta o Corisco, um método para estimar a orientação de uma câmera a partir de uma única imagem capturada de um ambiente antrópico. O Corisco foi desenvolvido com o objetivo de atender às necessidades de aplicações de Robótica Móvel e da análise de grandes conjuntos de imagens, o que significa que o método deve não só apresentar um bom desempenho computacional, mas também deve poder utilizar diferentes modelos de câmera, permitir realizar um comprometimento entre a velocidade de cálculo e acurácia dos resultados, e ainda deve poder tanto aproveitar estimativas iniciais da solução, quanto dispensá-las. O Corisco apresenta todas estas características. Os ambientes considerados possuem um sistema referencial natural com três eixos ortogonais, e contêm conjuntos de retas paralelas a estes eixos. A orientação estimada é uma rotação tridimensional entre o referencial natural e o sistema referencial da câmera. O Corisco requer o conhecimento do modelo de câmera, mas qualquer modelo de câmera pode ser utilizado. Corisco analisa imagens utilizando um processo de extração de edgels, que são pontos localizados nas projeções das retas do ambiente, associados à direção tangencial da projeção da reta naquele ponto. Esta extração de edgels utiliza uma máscara em forma de grade que permite sub-amostrar os dados, criando um comprometimento entre velocidade e precisão. A orientação é estimada através de um processo de otimização em dois passos que minimiza uma função objetivo definida pela técnica de M-estimação, com uma função de erro redescendente. Esta técnica é equivalente à aplicação de estimação MAP ou EM nos métodos similares existentes. O primeiro passo da otimização utiliza o algoritmo RANSAC, permitindo ao Corisco funcionar sem estimativas iniciais, e o segundo passo é um processo de otimização contínua com restrições que explora a parametrização da orientação por quaternos. O Corisco foi testado com diferentes modelos de câmera, incluindo a projeção perspectiva, um modelo com distorção radial, e duas projeções onidirecionais, a polar equidistante e a equiretangular. O tempo médio de cálculo pode ser controlado através de dois parâmetros, que podem também afetar a exatidão. A exatidão observada ao comparar as estimativas do Corisco com orientações de referência foi tipicamente próxima a 1 grau para tempos de execução acima de 20 segundos, e aproximadamente 4 graus para menos de dois segundos. Este desempenho alcançou os objetivos estabelecidos, e os resultados experimentais validaram o método para aplicações práticas.