Novel Levenberg-Marquardt based methods for application-specific hardware enabled high-speed, high-accuracy, six degrees of freedom camera-based pose estimation

Abstract

Deze masterproef behandelt het probleem van camera gebaseerde pose bepaling met 6 vrijheidsgraden. Het is de bedoeling om deze methode in de toekomst te gebruiken voor contactloze positiebepalingen waar de snelheid en accuraatheid een kritieke rol spelen. Voorbeelden hiervan zijn positie terugkoppeling voor haptische interface systemen in maxillo faciale chirurgie, prospectieve bewegingscorrectie en stereotactische chirurgie. Deze vereisen een hoge accuraatheid, bemonsteringsfrequenties groter dan 1kHz en vertragingen lager dan 1msec. Het doel van deze masterproef is het opzetten van een gedetailleerd experimenteermodel voor het ontwikkelen van gespecialiseerde algoritmen waarbij architecturale ontwerpbeslissingen kunnen geëvalueerd worden.

Software methodes om de camera pose te bepalen bestaan maar zijn dankzij hun te lage frame rates (60Hz) en te hoge vertragingen (tientallen msec) niet geschikt. Ze zijn ook niet meteen om te zetten naar hardware. Voor performante toepassingen zullen speciale FPGA gebaseerde architecturen nodig zijn die interfacen met de beeldsensor en de mogelijkheden van parallelle hardware ten volle benutten.

Om de ontwikkeling van camera gebaseerde hardware architecturen mogelijk te maken, zijn in deze thesis de methodes om de pose te bepalen bestudeerd. Hieruit is een framework "PoseLab" ontwikkeld om de pose te berekenen via de Levenberg-Marquardt optimalisatie. Dit zal gebruikt worden voor het analyseren van verschillende afwegingen (accuraatheid, camera resolutie, complexiteit, ...).