Underwater navigation and mapping with an omnidirecional optical sensor

Abstract

Omnidirectional vision has received increasing interest during the last decade from the computer vision community. However, the use of omnidirectional cameras underwater is still very limited. In this thesis we propose several methods to create a reference resource for designing, calibrating and using underwater omnidirectional multi-camera systems (OMS). The first problem we address is their design and calibration. Next, we study stitching strategies to generate omnidirectional panoramas from individual images. Finally, we focus on potential underwater applications. We first explore the promising uses of omnidirectional cameras to create immersive virtual experiences and secondly, we demonstrate the capabilities of omnidirectional cameras as complementary sensors for the navigation of underwater robots. To validate all presented algorithms, two custom omnidirectional cameras were built and several experiments with divers and underwater robots have been carried out to collect the necessary data.

Durant l'última dècada s'ha despertat un interès creixent per a la visió omnidireccional en l'àmbit de la visió per computador. Tot i això, l'ús de càmeres omnidireccionals submarines encara és molt limitat. En aquesta tesi doctoral hem creat un recurs de referència per al disseny, calibratge i ús de càmeres omnidireccionals submarines de tipus multi-càmera. El primer problema que tractem és el seu disseny i calibratge. Després ens centrem en l'estudi d’estratègies de combinació d'imatges per tal de generar imatges panoràmiques partint de múltiples imatges capturades per diferents càmeres. Finalment, ens centrem en les aplicacions potencials de les càmeres omnidireccionals submarines. Primer, explorem els prometedors usos de les càmeres per tal de crear experiències virtuals immersives. Després, demostrem les capacitats de les càmeres omnidireccionals com a sensors complementaris per a la navegació de robots. Per tal de validar tots els algoritmes presentats s'han dissenyat dues càmeres omnidireccionals i s'han realitzat múltiples experiments.