A featureless approach for object detection and tracking in dynamic environments
- 1. University of Engineering and Technology Lahore
- 2. Lahore University of Management Sciences
- 3. University of Hull
Description
One of the challenging problems in mobile robotics is mapping a dynamic environment for navigating robots. In order to disambiguate multiple moving obstacles, state-of-art techniques often solve some form of dynamic SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) problem. Unfortunately, their higher computational complexity press the need for simpler and more efficient approaches suitable for real-time embedded systems. In this paper, we present a ROS-based efficient algorithm for constructing dynamic maps, which exploits the spatial-temporal locality for detecting and tracking moving objects without relying on prior knowledge of their geometrical features. A two-prong contribution of this work is as follows: first, an efficient scheme for decoding sensory data into an estimated time-varying object boundary that ultimately decides its orientation and trajectory based on the iteratively updated robot Field of View (FoV); second, lower time-complexity of updating the dynamic environment through manipulating spatial-temporal locality available in the object motion profile. Unlike existing approaches, the snapshots of the environment remain constant in the number of moving objects. We validate the efficacy of our algorithm on both V-Rep simulations and real-life experiments with a wide array of dynamic environments. We show that the algorithm accurately detects and tracks objects with a high probability as long as sensor noise is low and the speed of moving objects remains within acceptable limits.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
تتمثل إحدى المشكلات الصعبة في الروبوتات المتنقلة في رسم خريطة لبيئة ديناميكية للتنقل بين الروبوتات. من أجل إزالة الغموض عن العقبات المتحركة المتعددة، غالبًا ما تحل التقنيات الحديثة شكلًا من أشكال مشكلة التوطين المتزامن ورسم الخرائط (SLAM). لسوء الحظ، فإن تعقيدها الحسابي العالي يضغط على الحاجة إلى مناهج أبسط وأكثر كفاءة مناسبة للأنظمة المضمنة في الوقت الفعلي. في هذه الورقة، نقدم خوارزمية فعالة تعتمد على ROS لإنشاء خرائط ديناميكية، والتي تستغل الموقع المكاني والزماني للكشف عن الأجسام المتحركة وتتبعها دون الاعتماد على المعرفة المسبقة بميزاتها الهندسية. تتمثل المساهمة ذات الشقين لهذا العمل في ما يلي: أولاً، مخطط فعال لفك تشفير البيانات الحسية إلى حدود كائن متغيرة زمنيًا تقديرية تحدد في النهاية اتجاهها ومسارها بناءً على مجال رؤية الروبوت المحدث بشكل متكرر (FoV )؛ ثانيًا، تعقيد زمني أقل لتحديث البيئة الديناميكية من خلال التلاعب بالمكان المكاني والزماني المتاح في ملف تعريف حركة الكائن. على عكس الأساليب الحالية، تظل لقطات البيئة ثابتة في عدد الأجسام المتحركة. نحن نتحقق من فعالية خوارزميتنا في كل من محاكاة V - Rep وتجارب الحياة الواقعية مع مجموعة واسعة من البيئات الديناميكية. نظهر أن الخوارزمية تكتشف وتتبع بدقة الأجسام ذات الاحتمالية العالية طالما أن ضوضاء المستشعر منخفضة وسرعة الأجسام المتحركة تظل ضمن الحدود المقبولة.Translated Description (French)
L'un des problèmes difficiles de la robotique mobile est de cartographier un environnement dynamique pour les robots de navigation. Afin de désambiguïser plusieurs obstacles mobiles, les techniques de pointe résolvent souvent une forme de problème de SLAM dynamique (localisation et cartographie simultanées). Malheureusement, leur complexité informatique plus élevée impose la nécessité d'approches plus simples et plus efficaces adaptées aux systèmes embarqués en temps réel. Dans cet article, nous présentons un algorithme efficace basé sur ROS pour la construction de cartes dynamiques, qui exploite la localité spatio-temporelle pour détecter et suivre des objets en mouvement sans s'appuyer sur la connaissance préalable de leurs caractéristiques géométriques. Une contribution à deux volets de ce travail est la suivante : premièrement, un schéma efficace pour décoder les données sensorielles en une limite d'objet variable dans le temps estimée qui décide finalement de son orientation et de sa trajectoire en fonction du champ de vision (FoV) du robot mis à jour de manière itérative ; deuxièmement, une complexité temporelle plus faible de mise à jour de l'environnement dynamique en manipulant la localité spatio-temporelle disponible dans le profil de mouvement de l'objet. Contrairement aux approches existantes, les instantanés de l'environnement restent constants dans le nombre d'objets en mouvement. Nous validons l'efficacité de notre algorithme sur des simulations V-Rep et des expériences réelles avec un large éventail d'environnements dynamiques. Nous montrons que l'algorithme détecte et suit avec précision les objets avec une probabilité élevée tant que le bruit du capteur est faible et que la vitesse des objets en mouvement reste dans des limites acceptables.Translated Description (Spanish)
Uno de los problemas más desafiantes de la robótica móvil es el mapeo de un entorno dinámico para la navegación de robots. Con el fin de eliminar la ambigüedad de múltiples obstáculos en movimiento, las técnicas de vanguardia a menudo resuelven algún tipo de problema SLAM dinámico (localización y mapeo simultáneos). Desafortunadamente, su mayor complejidad computacional presiona la necesidad de enfoques más simples y eficientes adecuados para sistemas integrados en tiempo real. En este artículo, presentamos un algoritmo eficiente basado en ROS para la construcción de mapas dinámicos, que explota la localización espacio-temporal para detectar y rastrear objetos en movimiento sin depender del conocimiento previo de sus características geométricas. Una contribución doble de este trabajo es la siguiente: primero, un esquema eficiente para decodificar datos sensoriales en un límite de objeto variable en el tiempo estimado que finalmente decide su orientación y trayectoria en función del campo de visión (FoV) del robot actualizado iterativamente; segundo, una menor complejidad temporal de actualizar el entorno dinámico mediante la manipulación de la ubicación espacio-temporal disponible en el perfil de movimiento del objeto. A diferencia de los enfoques existentes, las instantáneas del entorno permanecen constantes en el número de objetos en movimiento. Validamos la eficacia de nuestro algoritmo tanto en simulaciones V-Rep como en experimentos de la vida real con una amplia gama de entornos dinámicos. Mostramos que el algoritmo detecta y rastrea con precisión objetos con una alta probabilidad siempre que el ruido del sensor sea bajo y la velocidad de los objetos en movimiento se mantenga dentro de los límites aceptables.Files
      
        journal.pone.0280476&type=printable.pdf
        
      
    
    
      
        Files
         (4.5 MB)
        
      
    
    | Name | Size | Download all | 
|---|---|---|
| md5:fc97cddfea62946b40809f1b73cf01d2 | 4.5 MB | Preview Download | 
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- نهج بلا ميزات للكشف عن الأشياء وتتبعها في البيئات الديناميكية
- Translated title (French)
- Une approche sans particularité pour la détection et le suivi d'objets dans des environnements dynamiques
- Translated title (Spanish)
- Un enfoque sin características para la detección y el seguimiento de objetos en entornos dinámicos
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4316928083
- DOI
- 10.1371/journal.pone.0280476
            
              References
            
          
        - https://openalex.org/W1542301858
- https://openalex.org/W1568155345
- https://openalex.org/W2000428873
- https://openalex.org/W2065931115
- https://openalex.org/W2149916176
- https://openalex.org/W2296035016
- https://openalex.org/W2462571871
- https://openalex.org/W2555827514
- https://openalex.org/W2568646059
- https://openalex.org/W2570266941
- https://openalex.org/W2609284057
- https://openalex.org/W2614994317
- https://openalex.org/W2747877459
- https://openalex.org/W2945355594
- https://openalex.org/W2963440325
- https://openalex.org/W3004875949
- https://openalex.org/W3025416399
- https://openalex.org/W3028190729
- https://openalex.org/W3029902749
- https://openalex.org/W3082696184
- https://openalex.org/W3106842734
- https://openalex.org/W3152021768
- https://openalex.org/W3153917766
- https://openalex.org/W3188549544
- https://openalex.org/W3195116950
- https://openalex.org/W3197949924
- https://openalex.org/W3206704105
- https://openalex.org/W3209046539
- https://openalex.org/W3213063024
- https://openalex.org/W3213667102
- https://openalex.org/W415623721
- https://openalex.org/W4200572836
- https://openalex.org/W4205537101
- https://openalex.org/W4205929308
- https://openalex.org/W4220795836
- https://openalex.org/W4221143432
- https://openalex.org/W4224079859
- https://openalex.org/W4281672531
- https://openalex.org/W4285139879
- https://openalex.org/W4285184065
- https://openalex.org/W4285184743
- https://openalex.org/W4285284118
- https://openalex.org/W4312253363
- https://openalex.org/W4312270359
- https://openalex.org/W4312420906
- https://openalex.org/W4312947590
- https://openalex.org/W4313018251