Outdoor and indoor navigation based on photogrammetry with low-cost systems

Nowadays, the demand for devices and applications that need navigation solutions is continuously growing. The navigation problem has been solved for a long time using GNSS (Global Navigation Satellite System). However, the satellite systems can be useless in obstructed areas, such as downtown or inside buildings. An interesting low cost option is represented by photogrammetry, assisted by additional information in order to scale the photogrammetric problem and obtain a solution also when the situation is critical for imaging based methods (i.e. poor texture on the frame scene). In this PhD thesis the problem of recover a navigation solution in critical areas has been faced, developing low-cost systems for both indoor and outdoor areas. For urban areas a positioning system based on photogrammetry, using urban map as constrain, has been investigated and tested, while for indoor positioning a method based on the integrated use of the data delivered by Kinect for Xbox One has been developed. This sensor could represent a very useful tool for project with low budget because it allows combining together visual and depth data, which can compensate reciprocally their weaknesses.

L'esigenza di conoscere la propria posizione o dove si sta andando è sempre crescente. Il problema della navigazione è stato da tempo risolto utilizzando ricevitori GNSS (Global Navigation Satellite System), ma questa tipologia di strumenti può risultare di difficile utilizzo in zone dove il segnale satellitare difficilmente può essere ricevuto, come in aree urbane o all'interno di edifici. Una interessante soluzione a basso costo che può risolvere il problema della navigazione in tali circostanze è rappresentata dalla fotogrammetria. Per poter sfruttare a pieno tecniche basate sull'utilizzo di immagini, anche in zone dove la texture è non favorevole, è auspicabile integrare anche informazioni provenienti da altri sensori. All'interno della presente tesi il problema della navigazione in zone nelle quali è critica la ricezione del segnale GNSS è stato affrontato, sviluppando soluzioni a basso costo sia per il posizionamento outdoor che indoor. Per le aree urbane è stato investigato e testato un sistema basato sulla fotogrammetria e l'utilizzo congiunto di punti d'appoggio estratti dalla cartografia. Per quanto concerne la navigazione indoor, invece, è stata sviluppata una soluzione che permette di integrare i dati acquisti dal sensore Microsoft Kinect. Questo sensore rappresenta una soluzioni ideale per progetti con budget limitato, poiché permette di acquisire in tempo reale sia immagini che dati di profondità.