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Disertación de Maestría
DOI
https://doi.org/10.11606/D.3.2000.tde-11032024-102243
Documento
Autor
Nombre completo
Silvana Aparecida Graminho da Silva
Instituto/Escuela/Facultad
Área de Conocimiento
Fecha de Defensa
Publicación
São Paulo, 2000
Director
Tribunal
Okamoto Junior, Jun (Presidente)
Costa, Anna Helena Reali
Horikawa, Oswaldo
Título en portugués
Calibração de câmeras para teleoperação de robôs móveis.
Palabras clave en portugués
Robôs
Resumen en portugués
Existe uma necessidade crescente do homem em realizar tarefas complexas operadas remotamente e extender sua inteligência e experiência a aplicações distantes. Operações submarinas, de minas, nucleares, cirúrgicas e uma larga variedade de outrostrabalhos perigosos e delicados são exemplos de operações complexas que podem ser efetuadas a distância. Para controlar o movimento dos robôs a distância utiliza-se a teleoperação onde o robô é monitorado de um computador para realizar osmovimentos pré-definidos e, para se ter acesso ao local de trabalho do robô são utilizadas câmeras de vídeo e outros sensores. Dependendo do ambiente, pode-se utilizar uma ou mais câmeras fixas no local, ou ainda, uma câmera acoplada ao própriorobô. Com a câmera fixa o robô opera em tempo real e tem certa autonomia para desviar obstáculos e evitar colisões. Para qualquer aplicação onde exista uma relação entre a imagem 2D e a realidade 3D, deve ser feita a calibração da câmera, quecorresponde a obtenção dos seus parâmetros intrínsecos (características geométricas e ópticas da câmera) e extrínsecos (a posição e a orientação da câmera em relação a um sistema de coordenadas globais). O trabalho apresenta um novo método decalibração explicita de câmeras de vídeo fixas para aplicações em teleoperação de robôs móveis. Através do processamento de imagens capturadas pela câmera do robô, cujo formato é cilíndrico, obtém-se os dados necessários para determinar aposição ea orientação da câmera em relação a um sistema de coordenadas globais. O método não utiliza nenhum padrão de referência ou marcas no robô e basea-se no movimento do robô, sendo dados o ângulo e a distância a ser percorrida. Paracalibração da câmera pelo método proposto são necessárias duas posições conhecidas de um robô com as respectivas imagens, a distância focal, a distância entre as duas posições e o raio do robô. ) Os dados obtidos da imagem são os eixos maior e menor e as inclinações das elipses (projeções do robô nas imagens). Considerando todas as possíveis posições relativas do eixo óptico da câmera são necessárias várias análises para seobter as equações matemáticas em cada situação. Para refinamento do método utilizam-se quatro imagens provenientes dos vértices do quadrado (cujas dimensões são conhecidas) formado pelo deslocamento do robô, das quais são calculadas ascoordenadas centrais das quatro posições do robô. A partir destas coordenadas constrói-se o mapa virtual do ambiente de trabalho, através do qual pode-se obter uma relação métrica entre os pixels das imagens, a altura e os ângulos de inclinaçãoda câmera. Conhecendo-se estes valores é possível determinar as coordenadas de qualquer posição do robô no ambiente de trabalho. Utilizando-se as quatro imagens, o método pode ser adaptado para qualquer formato de robô. Os resultados obtidoscomprovam a eficiência das equações desenvolvidas para calibração da câmera.
Título en inglés
Untitled in english
Palabras clave en inglés
Robots
Resumen en inglés
There is a growing need for humans to be able to perform complex, large-scale remote and to extend the intelligence and experience of experts to distant applications. undersea operations, mining, nuclear power maintenance, surgery and a widevariety of other hazardous and delicate operations are examples of applications that would benefit from an increased capability to perform complex remote operations. To control the movement of teleoperated robots, the robot is monitored bycomputer to accomplish the prior-defined movements and, to have access to the place of the robot's work, video cameras and other sensors are used. Depending on the environment, it can be used one or more fixed cameras in the working space or acamera mounted the robot. With the fixed camera, the robot can operate in real time and it has certain autonomy to deviate obstacles and to avoid collisions. For any application where a relationship exists between the 2D image and the reality3D, it is necessary to calibrate the camera that comprehends the obtaining of its intrinsic (geometric and optical characteristics of the camera) and extrinsic parameters (the position and the orientation of the camera in relation to a system ofglobal coordinates). The work presents a new method of explicit calibration of fixed video cameras for applications in mobile robots' teleoperation. Through the processing of images captured by the robot's camera, whose format is cylindrical, itis possibleto obtain the datas to determine the position and the orientation of the camera in relation to a system of global coordinates. The method doesn't use any reference pattern or marks in the robot and it is basead on the robot'smovement, being given the angle and the distance to be navegated. To camera's calibration by the proposed method are necessary robot's two well-known positions with the respective images, the focal distance, the distance between two positions and the robot's ray. The obtained data of the imageare: the larger and smaller axes and the inclinations of the ellipses (the robot's projection in the image). Considering all the possible relative positions of the camera optical axis, it is necessary several analyses to obtain the mathematicalequations in each situation. For refinement of the method four images are used from of vertexes of the square or the rectangle (whose dimensions are known) formed by the robot's displacement, in which the central coordinates of the robot's fourpositions are calculated. Starting from these coordinates, the virtual map of the work environment is built, which can be obtained a metric relationship among the pixels of the images, the camera's height and angles of inclination. Being knownthese values, it is possible to determine the coordinates of any robot's position in its work environment. Being used four images, the method is easily adapted for any robot format. The obtained results verify the efficiency of theequationsdeveloped for calibration of the camera.
 
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Fecha de Publicación
2024-03-11
 
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