Bewegungssteuerung durch Rechnersehen

1. Einleitung.- 1.1 Einführung.- 1.2 Ansätze zur Erfassung und Steuerung von Bewegungen durch sehende Rechner: Stand der Technik.- 1.2.1 Erfassung von Bewegungen durch Verarbeitung weniger Einzelbilder: differenzierende Verfahren.- 1.2.2 Rekursive Schätzung der Bewegung aus Bildfolgen unbegrenzter Dauer: integrierende Verfahren.- 1.2.3 Steuerung von Bewegungen mobiler Roboter und von Fahrzeugen durch visuelle Information.- 1.3 Aufbau der Arbeit.- 2. Der systemdynamische Ansatz zur Erfassung und Steuerung von Bewegungen durch Rechnersehen.- 2.1 Übersicht: Orientierungsphase und Echtzeitphase.- 2.1.1 Die Orientierungsphase.- 2.1.2 Die Echtzeitphase.- 2.2 Das Bildverarbeitungssystea zur Merkmalextraktion.- 2.3 Das dynamische Modell.- 2.4 Das geometrische Abbildungsmodell.- 2.5 Korrektur der Modellvorstellungen durch rekursive Bilddatenfilterung.- 2.6 Erkennung von Störungen und Verdeckungen.- 2.7 Merkmalselektion.- 2.8 Bewegungssteuerung durch Rechnersehen.- 3. Automatische Steuerung eines Luftkissenfahrzeums in drei Bevegungsfreiheitsaraden durch Auswertung visueller Information.- 3.1 Die Aufgabenstellung.- 3.2 Die Luftkissenfahrzeug-Versuchsanlage.- 3.2.1 Das Luftkissenfahrzeug.- 3.2.2 Die Antennenanlagen zur Positionsbestimmung.- 3.2.3 Das dynamische Modell der Fahrzeugbewegung in geodätischen Koordinaten.- 3.2.4 Das Laufkatzensystem.- 3.3 Missionsablauf.- 3.4 Merkmaleztraktion.- 3.4.1 Verfolgung vertikaler Stäbe.- 3.4.2 Verfolgung von Ecken.- 3.4.3 Bestimmung maximal zulässiger Relativgeschwindigkeiten.- 3.5 Echtzeitphase: Erfassung und Steuerung der Luftkissenfahrzeugbewegung durch Rechnersehen.- 3.5.1 Das dynamische Modell zur Bewegungsprädiktion.- 3.5.2 Das geometrische Abbildungsmodell.- 3.5.2.1 Das geometrische Modell der Szene.- 3.5.2.2 Die perspektivischen Abbildungsgesetze.- 3.5.2.3 Vereinfachte Abbildungsgleichungen und Fehlerabschätzung.- 3.5.3 Korrektur der Modellvorstellungen durch visuelle Information.- 3.5.3.1 Der erweiterte vollständige Beobachter.- 3.5.3.2 Kalman Filter Rekursion.- 3.5.3.3 Gauß-Markov-Schätzung mit quasistationärer Nachfilterung.- 3.5.3.4 Kalman Filter mit sequentieller Innovation.- 3.5.3.5 Kalman Filter mit UDUT — faktorisierter Kovarianzmatrix.- 3 5.4 Situationsgerechte Reaktion auf optische Störungen.- 3.5 4 1 Erste Datenfilterung und Störungserkennung durch Faktenwissen.- 3.5.4.2 Störungserkennung anhand von vertrauensbehafteten Bewegungsanalysen.- 3.5.4.3 Die untere Entscheidungsebene: erfahrungsbasierte Reaktionen auf optische Störungen.- 3.5.4.4 Die obere Entscheidungsebene.- 3.5.5 Merkmalselektion.- 3.5.5.1 Sichtbarkeitsanalyse.- 3.5.5.2 Erkennbarkeitsanalyse.- 3.5.5.3 Vollständige Merkmalselektion.- 3.5.5.4 Sequentielle Merkmalselektion.- 3.5.5.5 Merkmalselektion während einer typischen Mission.- 3.5.5.6 Wahl und Skalierung der Zustandsgrößen.- 3.5.6 Zeitlicher Programmablauf, Rechen- und Totzeiten.- 3.5.7 Dreipunktregler zur Bewegungssteuerung.- 3.5.7.1 Dreipunktregler zur sicheren Bahnregelung.- 3.5.7.2 Störgrößenadaptiver Dreipunktregler mit Berücksichtigung von Totzeiten.- 3.6 Orientierungs- und Initialisierungsphase.- 3.6.1 Kamerakalibrierung.- 3.6.2 3D-Objekterkennung.- 3.6.2.1 Suche nach Merkmalen und Objekthypothesen.- 3.6.2.2 Erste Relativlageschätzung und Nachiteration.- 3.6.2.3 Verifikation der Objekterkennung.- 3.6.2.4 Diskussion.- 3.7 Resultate und Diskussion.- 3.7.1 Verlauf der Bewegungszustandsgrößen für eine typische Mission.- 3.7.2 Größere optische Störungen.- 4. Zusammenfassung.- 5. Literatur.- A.1 Beschleunigungskräfte und -momente.- A.2 Berechnung des diskreten Zustandsraummodells.- A.2a Diskretes Modell der Fahrzeugbewegung in geodätischen Koordinaten.- A.2b Diskretes Modell der Laufkatzenbewegung.- A.2c Diskretes Modell der Fahrzeugbewegung in andockpartnerfesten Polarkoordinaten.- A.3 Die Abbildungsgleichungen und deren Jacobische Matrix.- A.4 Algorithmen zur vektoriellen und sequentiellen Innovation.- A.5 Kovarianzen der Schätzfehler des Gauß-Markov Schätzwertes.- A.6 Parameter der Dreipunktregler.- A.7 Bewertungszahl für die Objekterkennung.- A.8 Zur Relativlageverifikation.- A.9 Struktur des Echtzeit-Programmsystems, ausgewählte Quellcodes.