Hybrid mapping for large urban environments

par Ferit Üzer

Thèse de doctorat en Vision pour la Robotique

Sous la direction de Youcef Mezouar et de Sukhan Lee.

Le président du jury était Cédric Demonceaux.

Le jury était composé de Youcef Mezouar, Sukhan Lee, Eric Royer, Hemanth Korrapati, Navrati Saxena, June-Ho Yi.

Les rapporteurs étaient Ouiddad Labbani-Igbida.

  • Titre traduit

    Cartographie hybride pour des environnements de grande taille


  • Résumé

    Dans cette thèse, nous présentons une nouvelle méthode de cartographie visuelle hybride qui exploite des informations métriques, topologiques et sémantiques. Notre but est de réduire le coût calculatoire par rapport à des techniques de cartographie purement métriques. Comparé à de la cartographie topologique, nous voulons plus de précision ainsi que la possibilité d’utiliser la carte pour le guidage de robots. Cette méthode hybride de construction de carte comprend deux étapes. La première étape peut être vue comme une carte topo-métrique avec des nœuds correspondants à certaines régions de l’environnement. Ces cartes sont ensuite complétées avec des données métriques aux nœuds correspondant à des sous-séquences d’images acquises quand le robot revenait dans des zones préalablement visitées. La deuxième étape augmente ce modèle en ajoutant des informations sémantiques. Une classification est effectuée sur la base des informations métriques en utilisant des champs de Markov conditionnels (CRF) pour donner un label sémantique à la trajectoire locale du robot (la route dans notre cas) qui peut être "doit", "virage" ou "intersection". L’information métrique des secteurs de route en virage ou en intersection est conservée alors que la métrique des lignes droites est effacée de la carte finale. La fermeture de boucle n’est réalisée que dans les intersections ce qui accroît l’efficacité du calcul et la précision de la carte. En intégrant tous ces nouveaux algorithmes, cette méthode hybride est robuste et peut être étendue à des environnements de grande taille. Elle peut être utilisée pour la navigation d’un robot mobile ou d’un véhicule autonome en environnement urbain. Nous présentons des résultats expérimentaux obtenus sur des jeux de données publics acquis en milieu urbain pour démontrer l’efficacité de l’approche proposée.


  • Résumé

    In this thesis, a novel vision based hybrid mapping framework which exploits metric, topological and semantic information is presented. We aim to obtain better computational efficiency than pure metrical mapping techniques, better accuracy as well as usability for robot guidance compared to the topological mapping. A crucial step of any mapping system is the loop closure detection which is the ability of knowing if the robot is revisiting a previously mapped area. Therefore, we first propose a hierarchical loop closure detection framework which also constructs the global topological structure of our hybrid map. Using this loop closure detection module, a hybrid mapping framework is proposed in two step. The first step can be understood as a topo-metric map with nodes corresponding to certain regions in the environment. Each node in turn is made up of a set of images acquired in that region. These maps are further augmented with metric information at those nodes which correspond to image sub-sequences acquired while the robot is revisiting the previously mapped area. The second step augments this model by using road semantics. A Conditional Random Field based classification on the metric reconstruction is used to semantically label the local robot path (road in our case) as straight, curved or junctions. Metric information of regions with curved roads and junctions is retained while that of other regions is discarded in the final map. Loop closure is performed only on junctions thereby increasing the efficiency and also accuracy of the map. By incorporating all of these new algorithms, the hybrid framework presented can perform as a robust, scalable SLAM approach, or act as a main part of a navigation tool which could be used on a mobile robot or an autonomous car in outdoor urban environments. Experimental results obtained on public datasets acquired in challenging urban environments are provided to demonstrate our approach.


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