Study and application of motion measurement methods by means of opto-electronics systems - Studio e applicazione di metodi di misura del moto mediante sistemi opto-elettronici

La tesi affronta il problema della localizzazione di veicoli in ambienti non strutturati mediante sistemi di misura che, montati a bordo del veicolo, non richiedono modifiche dell'ambiente di navigazione. La scelta è ricaduta su due strumenti opto-elettronici largamente utilizzati, camera e Laser Range Finder (LRF), i quali consentono di effettuare misure senza contatto e quindi non intervenire sull'ambiente. Particolare attenzione è stata posta alla definizione di una serie di procedure per l'elaborazione dei dati acquisiti da questa strumentazione al fine di ottenere delle informazioni affidabili e robuste alle sorgenti di rumore ambientali. Un importante contributo di questo lavoro è lo sviluppo di un procedura di associazione robusta ed affidabile che consente di tener conto di tutti gli aspetti probabilistici in maniera tale da poter essere utilizzata in un algoritmo di localizzazione globale SLAM basato sulla teoria dei grafi e fornire una stima ottimale del moto del veicolo. Inoltre, la localizzazione del veicolo può essere eseguita in un ambiente generico dato che questo metodo di localizzazione globale non richiede l'identificazione di caratteristiche particolari nell'ambiente. Parte del lavoro è stata dedicata ad un'analisi esaustiva dei metodi di stima del moto fra scansioni laser, allo scopo di identificare il metodo con prestazioni migliori da impiegare nel metodo di localizzazione. Questo ha consentito di evidenziare come un metodo di comparazione denso permetta di ottenere buone prestazioni in diverse tipologie di ambiente. L'efficacia del metodo di localizzazione globale implementato è supportata da una serie di valutazioni sperimentali in diversi ambienti, anche di elevati dimensioni. Riguardo alla camera, è stato sviluppato un metodo robusto di visual odometry, il quale ha evidenziato come tale strumento permetta di affrontare delle situazioni nelle quali le informazioni del laser non sono sufficienti per stimare la posa del veicolo. In particolare, data la generalità del metodo di localizzazione globale, questo può essere facilmente applicato anche alla camera, al fine di ottenere la fusione di informazioni fra due strumentazioni complementari e quindi ottenere un sistema di localizzazione più affidabile. Gli algoritmi sono stati testati in un ambiente indoor bidimensionale, ma si prevede che possano essere utilizzati anche in ambienti tridimensionali e outdoor.