이동 로봇 트래킹을 위한 칼만 필터 기반 모바일 로봇용 비전 트래킹 시스템

Abstract

본 논문은 모바일 로봇이 이동하는 로봇을 트래킹 하기 위해 두 로봇의 위치정보를 이용하여 카메라 시선을 제어하는 방법을 제안한다. 제안하는 시스템의 목적은 트래킹 목표가 되는 타깃 로봇과 비전 트래킹 시스템이 탑재된 타기팅 로봇 사이의 상대위치정보를 바탕으로 타기팅 로봇에 부착된 카메라의 시선을 제어하여 두 로봇이 동시에 움직이는 경우에도 타기팅 로봇이 타깃 로봇을 비전 트래킹 하는 것이 가능하게 하는 것이다. 타기팅 로봇의 위치정보는 각속도 센서와 바퀴에 부착된 엔코더를 이용하여 추정하고, 타깃 로봇의 위치정보는 indoor GPS 를 이용하여 추정한다. 제안된 시스템은 추정된 위치정보를 바탕으로 두 로봇 사이의 상대위치를 계산하여 타기팅 로봇의 카메라 시선이 타깃을 향하도록 제어한다. 두 로봇의 상대위치 계산을 위한 엔코더, 각속도 센서, indoor GPS 정보를 융합하기 위하여 확장 칼만필터를 이용하는 비전 트래킹 알고리즘을 구현하였으며 제안된 시스템과 구현된 알고리즘을 검증하기 위하여 타기팅 로봇에는 로봇의 회전을 감지하기 위한 센서 모듈, 모노 카메라가 통합된 구동 모듈, 타깃 로봇의 위치 정보를 수신하는 모듈로 구성된 비전 트래킹 시스템을 탑재 하였고, 타깃 로봇에는 indoor GPS 와 타깃 로봇의 위치 정보를 송신하는 모듈을 탑재하였다. 구성된 두 로봇을 이용하여 다양한 이동 시나리오에 대한 성능 평가를 수행하였으며 평가 결과 제안된 비전 트래킹 시스템은 타깃 로봇이 장애물에 가려지거나 외부 조도가 변화하는 등 다양한 동적 환경에서 우수한 트래킹 성능을 보여주었다.

This paper presents a vision tracking of a moving robot by a camera mounted on another moving robot. The purpose of the proposed system is to control the line of sight of the camera, which is on the targetting robot, for tracking the targetted robot by using the position information of both the targetting robot and the targetted robot. To estimate the positions of both robots, the proposed system uses two robot wheel encoders and a gyroscope for the targetting robot and active beacons for the targetted robot. The proposed system estimates the relative position between the two robots and aligns the camera for tracking the targetted robot. Position estimation errors are periodically compensated by using vision feedback information. The Extended Kalman Filter (EKF) is used to compose proposed vision tracking system. The proposed system is experimentally evaluated for various scenarios, including the occultation of the targetted robot and temporary illumination changes. The experimental results show that the proposed system is able to track the moving robot well without visual information, in normal situations.