Pose estimation of multi-stereo camera sensors with non overlapping fields of view

In this document we explore the use of multiple rigidly coupled stereo cam- eras for self-localization in robotics applications. Sensors are arranged in such a way their fields of view do not overlap, resulting in a configuration that maximizes the view covering of the robot surrounding region, while al- lowing to perform its 3D reconstruction from a single perception. This place- ment choice complicates the calibration problem, that is solved by extending a state of the art multi-camera calibration solution to multi-stereo settings. Different relative pose estimation algorithms are proposed, either based on the 3D3D approach or the 3D2D approach, and cameras are used both in coupled and decoupled fashion. Tests on a real sensor show that the cou- pled approaches outperform decoupled ones. Multi-stereo reconstruction, matching and relative pose estimation procedures are developed in stereo camera like fashion, allowing for their reuse in stereo localization pipelines either performing visual odometry or visual SLAM. As a proof of concept, a simple visual odometry procedure is developed and run on a system of 4 stereo cameras, which is tracked by an external motion capture system for ground truth comparison.

In questo documento esploriamo l'utilizzo di stereo camere multiple per l'auto localizzazione in applicazioni di robotica. I sensori sono disposti in modo tale che il loro campo visivo non sia sovrapposto, ottenendo una configurazione che massimizza la copertura visiva dell'area circostante il robot, permettendone anche la ricostruzione in 3D. Questa configurazione complica il problema di calibrazione, risolto con la modifica e l’estensione di una soluzione esistente facente parte dello stato dell'arte. Sono proposti differenti algoritmi di stima della posizione relativa, basati sia sull'approccio 3D3D, sia sull'approccio 3D2D, e le camere sono utilizzante non solo in modo accoppiato, ma anche disgiunto. Test effettuati su un sensore reale mostrano la superiorità, in termini di precisione, dell'utilizzo congiunto delle camere. Gli algoritmi di ricostruzione, matching e stima della posizione relativa sono sviluppati in modo da provvedere le stesse interfacce dei corrispettivi per camera stereo, permettendone il riuso all'interno di procedure esistenti che risolvono problemi di odometria visuale e visual SLAM. A dimostrazione, una semplice procedura di odometria visuale è sviluppata e testata su un sistema di 4 camere stereo. Le traiettorie calcolate sono poi confrontate con stime ad alta precisione, ottenute da un sistema esterno di tracciamento del moto.