A new optimised De Bruijn coding strategy for structured light patterns

Coded structured light is an optical technique based on active stereovision that obtains the shape of objects. One shot techniques are based on projecting a unique light pattern with an LCD projector so that grabbing an image with a camera, a large number of correspondences can be obtained. Then, a 3D reconstruction of the illuminated object can be recovered by means of triangulation. The most used strategy to encode one-shot patterns is based on De Bruijn sequences. In This work a new way to design patterns using this type of sequences is presented. The new coding strategy minimises the number of required colours and maximises both the resolution and the accuracy

Implementation of a robust coded structured light technique for dynamic 3D measurements

This paper presents the implementation details of a coded structured light system for rapid shape acquisition of unknown surfaces. Such techniques are based on the projection of patterns onto a measuring surface and grabbing images of every projection with a camera. Analyzing the pattern deformations that appear in the images, 3D information of the surface can be calculated. The implemented technique projects a unique pattern so that it can be used to measure moving surfaces. The structure of the pattern is a grid where the color of the slits are selected using a De Bruijn sequence. Moreover, since both axis of the pattern are coded, the cross points of the grid have two codewords (which permits to reconstruct them very precisely), while pixels belonging to horizontal and vertical slits have also a codeword. Different sets of colors are used for horizontal and vertical slits, so the resulting pattern is invariant to rotation. Therefore, the alignment constraint between camera and projector considered by a lot of authors is not necessary

Mass distribution of the human body using biostereometrics. Final report.

National Highway Traffic Safety Administration, Washington, D.C.

Design prediction of pavement skid resistance from laboratory tests. Final report.

Mode of access: Internet.

Modelling stereoscopic vision systems for robotic applications

Aquesta tesi s'emmarca dins del projecte CICYT TAP 1999-0443-C05-01. L'objectiu d'aquest projecte és el disseny, implementació i avaluació de robots mòbils, amb un sistema de control distribuït, sistemes de sensorització i xarxa de comunicacions per realitzar tasques de vigilància. Els robots han de poder-se moure per un entorn reconeixent la posició i orientació dels diferents objectes que l'envolten. Aquesta informació ha de permetre al robot localitzar-se dins de l'entorn on es troba per poder-se moure evitant els possibles obstacles i dur a terme la tasca encomanada. El robot ha de generar un mapa dinàmic de l'entorn que serà utilitzat per localitzar la seva posició. L'objectiu principal d'aquest projecte és aconseguir que un robot explori i construeixi un mapa de l'entorn sense la necessitat de modificar el propi entorn. Aquesta tesi està enfocada en l'estudi de la geometria dels sistemes de visió estereoscòpics formats per dues càmeres amb l'objectiu d'obtenir informació geomètrica 3D de l'entorn d'un vehicle. Aquest objectiu tracta de l'estudi del modelatge i la calibració de càmeres i en la comprensió de la geometria epipolar. Aquesta geometria està continguda en el que s'anomena emph{matriu fonamental}. Cal realitzar un estudi del càlcul de la matriu fonamental d'un sistema estereoscòpic amb la finalitat de reduir el problema de la correspondència entre dos plans imatge. Un altre objectiu és estudiar els mètodes d'estimació del moviment basats en la geometria epipolar diferencial per tal de percebre el moviment del robot i obtenir-ne la posició. Els estudis de la geometria que envolta els sistemes de visió estereoscòpics ens permeten presentar un sistema de visió per computador muntat en un robot mòbil que navega en un entorn desconegut. El sistema fa que el robot sigui capaç de generar un mapa dinàmic de l'entorn a mesura que es desplaça i determinar quin ha estat el moviment del robot per tal de emph{localitzar-se} dins del mapa. La tesi presenta un estudi comparatiu dels mètodes de calibració de càmeres més utilitzats en les últimes dècades. Aquestes tècniques cobreixen un gran ventall dels mètodes de calibració clàssics. Aquest mètodes permeten estimar els paràmetres de la càmera a partir d'un conjunt de punts 3D i de les seves corresponents projeccions 2D en una imatge. Per tant, aquest estudi descriu un total de cinc tècniques de calibració diferents que inclouen la calibració implicita respecte l'explicita i calibració lineal respecte no lineal. Cal remarcar que s'ha fet un gran esforç en utilitzar la mateixa nomenclatura i s'ha estandaritzat la notació en totes les tècniques presentades. Aquesta és una de les dificultats principals a l'hora de poder comparar les tècniques de calibració ja què cada autor defineix diferents sistemes de coordenades i diferents conjunts de paràmetres. El lector és introduït a la calibració de càmeres amb la tècnica lineal i implícita proposada per Hall i amb la tècnica lineal i explicita proposada per Faugeras-Toscani. A continuació es passa a descriure el mètode a de Faugeras incloent el modelatge de la distorsió de les lents de forma radial. Seguidament es descriu el conegut mètode proposat per Tsai, i finalment es realitza una descripció detallada del mètode de calibració proposat per Weng. Tots els mètodes són comparats tant des del punt de vista de model de càmera utilitzat com de la precisió de la calibració. S'han implementat tots aquests mètodes i s'ha analitzat la precisió presentant resultats obtinguts tant utilitzant dades sintètiques com càmeres reals. Calibrant cada una de les càmeres del sistema estereoscòpic es poden establir un conjunt de restriccions geomètri ques entre les dues imatges. Aquestes relacions són el que s'anomena geometria epipolar i estan contingudes en la matriu fonamental. Coneixent la geometria epipolar es pot: simplificar el problema de la correspondència reduint l'espai de cerca a llarg d'una línia epipolar; estimar el moviment d'una càmera quan aquesta està muntada sobre un robot mòbil per realitzar tasques de seguiment o de navegació; reconstruir una escena per aplicacions d'inspecció, propotipatge o generació de motlles. La matriu fonamental s'estima a partir d'un conjunt de punts en una imatges i les seves correspondències en una segona imatge. La tesi presenta un estat de l'art de les tècniques d'estimació de la matriu fonamental. Comença pels mètode lineals com el dels set punts o el mètode dels vuit punts, passa pels mètodes iteratius com el mètode basat en el gradient o el CFNS, fins arribar las mètodes robustos com el M-Estimators, el LMedS o el RANSAC. En aquest treball es descriuen fins a 15 mètodes amb 19 implementacions diferents. Aquestes tècniques són comparades tant des del punt de vista algorísmic com des del punt de vista de la precisió que obtenen. Es presenten el resultats obtinguts tant amb imatges reals com amb imatges sintètiques amb diferents nivells de soroll i amb diferent quantitat de falses correspondències. Tradicionalment, l'estimació del moviment d'una càmera està basada en l'aplicació de la geometria epipolar entre cada dues imatges consecutives. No obstant el cas tradicional de la geometria epipolar té algunes limitacions en el cas d'una càmera situada en un robot mòbil. Les diferencies entre dues imatges consecutives són molt petites cosa que provoca inexactituds en el càlcul de matriu fonamental. A més cal resoldre el problema de la correspondència, aquest procés és molt costós en quant a temps de computació i no és gaire efectiu per aplicacions de temps real. En aquestes circumstàncies les tècniques d'estimació del moviment d'una càmera solen basar-se en el flux òptic i en la geometria epipolar diferencial. En la tesi es realitza un recull de totes aquestes tècniques degudament classificades. Aquests mètodes són descrits unificant la notació emprada i es remarquen les semblances i les diferencies entre el cas discret i el cas diferencial de la geometria epipolar. Per tal de poder aplicar aquests mètodes a l'estimació de moviment d'un robot mòbil, aquest mètodes generals que estimen el moviment d'una càmera amb sis graus de llibertat, han estat adaptats al cas d'un robot mòbil que es desplaça en una superfície plana. Es presenten els resultats obtinguts tant amb el mètodes generals de sis graus de llibertat com amb els adaptats a un robot mòbil utilitzant dades sintètiques i seqüències d'imatges reals. Aquest tesi finalitza amb una proposta de sistema de localització i de construcció d'un mapa fent servir un sistema estereoscòpic situat en un robot mòbil. Diverses aplicacions de robòtica mòbil requereixen d'un sistema de localització amb l'objectiu de facilitar la navegació del vehicle i l'execució del les trajectòries planificades. La localització es sempre relativa al mapa de l'entorn on el robot s'està movent. La construcció de mapes en un entorn desconegut és una tasca important a realitzar per les futures generacions de robots mòbils. El sistema que es presenta realitza la localització i construeix el mapa de l'entorn de forma simultània. A la tesi es descriu el robot mòbil GRILL, que ha estat la plataforma de treball emprada per aquesta aplicació, amb el sistema de visió estereoscòpic que s'ha dissenyat i s'ha muntat en el robot. També es descriu tots el processos que intervenen en el sistema de localització i construcció del mapa. La implementació d'aquest processos ha estat possible gràcies als estudis realitzats i presentats prèviament (calibració de càmeres, estimació de la matriu fonamental, i estimació del moviment) sense els quals no s'hauria pogut plantejar aquest sistema. Finalment es presenten els mapes en diverses trajectòries realitzades pel robot GRILL en el laboratori. Les principals contribucions d'aquest treball són: ·Un estat de l'art sobre mètodes de calibració de càmeres. El mètodes són comparats tan des del punt de vista del model de càmera utilitzat com de la precisió dels mètodes. ·Un estudi dels mètodes d'estimació de la matriu fonamental. Totes les tècniques estudiades són classificades i descrites des d'un punt de vista algorísmic. ·Un recull de les tècniques d'estimació del moviment d'una càmera centrat en el mètodes basat en la geometria epipolar diferencial. Aquestes tècniques han estat adaptades per tal d'estimar el moviment d'un robot mòbil. ·Una aplicació de robòtica mòbil per tal de construir un mapa dinàmic de l'entorn i localitzar-se per mitja d'un sistema estereoscòpic. L'aplicació presentada es descriu tant des del punt de vista del maquinari com del programari que s'ha dissenyat i implementat.

Generic decoupled image-based visual servoing for cameras obeying the unified projection model

In this paper a generic decoupled imaged-based control scheme for calibrated cameras obeying the unified projection model is proposed. The proposed decoupled scheme is based on the surface of object projections onto the unit sphere. Such features are invariant to rotational motions. This allows the control of translational motion independently from the rotational motion. Finally, the proposed results are validated with experiments using a classical perspective camera as well as a fisheye camera mounted on a 6 dofs robot platform.

The impact of red light cameras on safety in Arizona

Red light cameras (RLCs) have been used in a number of US cities to yield a demonstrable reduction in red light violations; however, evaluating their impact on safety (crashes) has been relatively more difficult. Accurately estimating the safety impacts of RLCs is challenging for several reasons. First, many safety related factors are uncontrolled and/or confounded during the periods of observation. Second, “spillover” effects caused by drivers reacting to non-RLC equipped intersections and approaches can make the selection of comparison sites difficult. Third, sites selected for RLC installation may not be selected randomly, and as a result may suffer from the regression to the mean bias. Finally, crash severity and resulting costs need to be considered in order to fully understand the safety impacts of RLCs. Recognizing these challenges, a study was conducted to estimate the safety impacts of RLCs on traffic crashes at signalized intersections in the cities of Phoenix and Scottsdale, Arizona. Twenty-four RLC equipped intersections in both cities are examined in detail and conclusions are drawn. Four different evaluation methodologies were employed to cope with the technical challenges described in this paper and to assess the sensitivity of results based on analytical assumptions. The evaluation results indicated that both Phoenix and Scottsdale are operating cost-effective installations of RLCs: however, the variability in RLC effectiveness within jurisdictions is larger in Phoenix. Consistent with findings in other regions, angle and left-turn crashes are reduced in general, while rear-end crashes tend to increase as a result of RLCs.

Decoupled image-based visual servoing for cameras obeying the unified projection model

This paper proposes a generic decoupled imagebased control scheme for cameras obeying the unified projection model. The scheme is based on the spherical projection model. Invariants to rotational motion are computed from this projection and used to control the translational degrees of freedom. Importantly we form invariants which decrease the sensitivity of the interaction matrix to object depth variation. Finally, the proposed results are validated with experiments using a classical perspective camera as well as a fisheye camera mounted on a 6-DOF robotic platform.

Automated object identification using optical video cameras on construction sites

Visual recording devices such as video cameras, CCTVs, or webcams have been broadly used to facilitate work progress or safety monitoring on construction sites. Without human intervention, however, both real-time reasoning about captured scenes and interpretation of recorded images are challenging tasks. This article presents an exploratory method for automated object identification using standard video cameras on construction sites. The proposed method supports real-time detection and classification of mobile heavy equipment and workers. The background subtraction algorithm extracts motion pixels from an image sequence, the pixels are then grouped into regions to represent moving objects, and finally the regions are identified as a certain object using classifiers. For evaluating the method, the formulated computer-aided process was implemented on actual construction sites, and promising results were obtained. This article is expected to contribute to future applications of automated monitoring systems of work zone safety or productivity.

A mask-based approach for the geometric calibration of thermal-infrared cameras

Accurate and efficient thermal-infrared (IR) camera calibration is important for advancing computer vision research within the thermal modality. This paper presents an approach for geometrically calibrating individual and multiple cameras in both the thermal and visible modalities. The proposed technique can be used to correct for lens distortion and to simultaneously reference both visible and thermal-IR cameras to a single coordinate frame. The most popular existing approach for the geometric calibration of thermal cameras uses a printed chessboard heated by a flood lamp and is comparatively inaccurate and difficult to execute. Additionally, software toolkits provided for calibration either are unsuitable for this task or require substantial manual intervention. A new geometric mask with high thermal contrast and not requiring a flood lamp is presented as an alternative calibration pattern. Calibration points on the pattern are then accurately located using a clustering-based algorithm which utilizes the maximally stable extremal region detector. This algorithm is integrated into an automatic end-to-end system for calibrating single or multiple cameras. The evaluation shows that using the proposed mask achieves a mean reprojection error up to 78% lower than that using a heated chessboard. The effectiveness of the approach is further demonstrated by using it to calibrate two multiple-camera multiple-modality setups. Source code and binaries for the developed software are provided on the project Web site.

Effectiveness of red light cameras on the right-angle crash involvement of motorcycles

Red light cameras (RLC) have been used to reduce right-angle collisions at signalized intersections. However, the effect of RLCs on motorcycle crashes has not been well investigated. The objective of this study is to evaluate the effectiveness of RLCs on motorcycle safety in Singapore. This is done by comparing their exposure, proneness of at-fault right-angle crashes as well as the resulting right-angle collisions at RLC with those at non-RLC sites. Estimating the crash vulnerability from not-at-fault crash involvements, the study shows that with a RLC, the relative crash vulnerability or crash-involved exposure of motorcycles at right-angle crashes is reduced. Furthermore, field investigation of motorcycle maneuvers reveal that at non-RLC arms, motorcyclists usually queue beyond the stop-line, facilitating an earlier discharge and hence become more exposed to the conflicting stream. However at arms with a RLC, motorcyclists are more restrained to avoid activating the RLC and hence become less exposed to conflicting traffic during the initial period of the green. The study also shows that in right-angle collisions, the proneness of at-fault crashes of motorcycles is lowest among all vehicle types. Hence motorcycles are more likely to be victims than the responsible parties in right-angle crashes. RLCs have also been found to be very effective in reducing at-fault crash involvements of other vehicle types which may implicate exposed motorcycles in the conflicting stream. Taking all these into account, the presence of RLCs should significantly reduce the vulnerability of motorcycles at signalized intersections.

Self-calibration of wireless cameras with restricted degrees of freedom

This paper presents an approach for the automatic calibration of low-cost cameras which are assumed to be restricted in their freedom of movement to either pan or tilt movements. Camera parameters, including focal length, principal point, lens distortion parameter and the angle and axis of rotation, can be recovered from a minimum set of two images of the camera, provided that the axis of rotation between the two images goes through the camera’s optical center and is parallel to either the vertical (panning) or horizontal (tilting) axis of the image. Previous methods for auto-calibration of cameras based on pure rotations fail to work in these two degenerate cases. In addition, our approach includes a modified RANdom SAmple Consensus (RANSAC) algorithm, as well as improved integration of the radial distortion coefficient in the computation of inter-image homographies. We show that these modifications are able to increase the overall efficiency, reliability and accuracy of the homography computation and calibration procedure using both synthetic and real image sequences

Multiple cameras for audio-visual speech recognition in an automotive environment

Audio-visualspeechrecognition, or the combination of visual lip-reading with traditional acoustic speechrecognition, has been previously shown to provide a considerable improvement over acoustic-only approaches in noisy environments, such as that present in an automotive cabin. The research presented in this paper will extend upon the established audio-visualspeechrecognition literature to show that further improvements in speechrecognition accuracy can be obtained when multiple frontal or near-frontal views of a speaker's face are available. A series of visualspeechrecognition experiments using a four-stream visual synchronous hidden Markov model (SHMM) are conducted on the four-camera AVICAR automotiveaudio-visualspeech database. We study the relative contribution between the side and central orientated cameras in improving visualspeechrecognition accuracy. Finally combination of the four visual streams with a single audio stream in a five-stream SHMM demonstrates a relative improvement of over 56% in word recognition accuracy when compared to the acoustic-only approach in the noisiest conditions of the AVICAR database.