Konstruktion und Evaluation eines umweltinterpretierenden katadioptrisch-omnidirektionalen Kamerasystems

Im Forschungsgebiet der autonomen mobilen Roboter stellt sich die Frage des Verständnisses, das ein Roboter von seiner Umwelt besitzt. Dies und die hierzu nötige Erkennung und Interpretation der ihn umgebenden Objekte und ihrer potentiell intendierten Aktionen sind eine unabdingbare Voraussetzung, um einem Roboter eine sinnvolle Orientierung in seiner Umgebung und eine weitgehend vorausschauende Interaktion mit ihr zu ermöglichen. Diese grundsätzlichen Fragen der Kognition, Umweltinterpretation und Wissensrepräsentation sowie des Schließens aus diesen Daten und der damit verbundenen Interpretation zur Erlangung eines intelligenten Verhaltens stellen eine klassische Problemstellung der künstlichen Intelligenz dar. Die Gewinnung der entsprechenden Umgebungsdaten sowie die erste Stufe ihrer Analyse, die in der Erkennung und Ordnung von Objekten besteht, sollen in dieser Arbeit behandelt werden. Diese Arbeit dient daher grundlegend als Vorstufe der situativen Interpretation einer Umgebung, die einzelne oder Gruppen von Objekten in spatio-temporalen Bezug zueinander setzt.

Das grundsätzliche Ziel dieser Arbeit liegt in dem generalisierten Aufbau eines grundlegenden Verständnisses für die typischen Probleme der Bildverarbeitung im Einsatz unter Verwendung autonomer mobiler Roboter und soll dem Leser die Möglichkeit eines persönlichen Einstiegs in diese faszinierende Thematik liefern. Um dieses Ziel zu erreichen, wird die komplette Struktur eines umwelterkennenden und interpretierenden bildverarbeitenden Systems dargestellt. Dies reicht von der Besprechung grundlegender Hardware wie Kameras, dem Aufbau eines omnidirektionalen Sichtsystems, der Gewinnung und Repräsentation dieser Daten, bis zur Erörterung von spezifischen Algorithmen zu Fragen der Kalibrierung und Auswertung der Daten im Bezug auf höhere anwendungsspezifische Interpretationen wie der Lokalisierung des Roboters oder der Verfolgung von Objekten. Eine Übertragung einiger dieser Ansätze in den dreidimensionalen Bereich mittels Stereobildverarbeitung zur Gewinnung der räumlichen Daten rundet diesen Überblick ab.