Publikation

Symmetriesignaturen für bildbasierte Anwendungen in der Robotik

Kai Hübner

BISS Monographs 24 ISBN 978-3-8325-1455-6 Logos Verlag; http://www.logos-verlag.de/ Berlin 2006.

Abstrakt

Von den Robotern, die zukünftig in unsere Haushalte und unseren Alltag als Helfer einziehen sollen, wird notwendigerweise verlangt, dass sie mobil und selbständig handeln können. Während Pläne und Ziele die abstrakten Metaphern der Entscheidungsprozesse eines Roboters -- seine "Intelligenz" -- darstellen, muss die Wahrnehmung der Umwelt, auf der jede Schlussfolgerung basiert, ein zentraler Aspekt sein, um Informationen gewinnen und verarbeiten zu können. In dieser Forderung und der Auseinandersetzung mit der Realisierung künstlicher intelligenter Systeme wird uns wörtlich vor Augen gehalten, wie hochentwickelt unser eigener Wahrnehmungsapparat ist, die von Natur aus unsicheren und komplexen Informationen eines Bildes zu deuten. Schöpfer und Entwickler intelligenter Systeme arbeiten an diesem Baukasten, der unter anderem verschiedenste Bausteine der kognitiv motivierten Wahrnehmung in Form von maschinellen Algorithmen abzubilden versucht. Durch die vorliegende Arbeit wird diesem Bausatz ein Baustein der Symmetrie angefügt. In den Hauptkapiteln wird dabei auf die drei Schichten eingegangen, die diesen Baustein von der biologischen Motivation bis hin zur Anwendung in künstlichen Systemen hin formen: Die erste Schicht befasst sich mit der grundlegenden Motivation und Bedeutung von Symmetrie als Merkmal. Dabei werden Verweise auf unterschiedlich geprägte Domänen, wie Psychophysik und Biologie, bis hin zur maschinellen Bildverarbeitung gegeben. Weiterhin werden neue Methoden entwickelt, welche Symmetrie an sich als Bildmerkmal in unterschiedlicher Form beschreiben und nutzen lassen. In der zweiten Schicht wird von der allgemeinen Symmetrie übergegangen auf die darüberliegende Anwendung im Vergleich zu modernen regionalen Bildmerkmalen. Das Erkennen, Beschreiben und Zuordnen regionaler Symmetriemerkmale ist als Verbindungsschicht zwischen Grundmotivation und Praxisanwendung notwendig. Dabei wird die Symmetrie auf mehrere Arten der Robustheit bezüglich üblicher Bildtransformationen im Vergleich zu weiteren Bildmerkmalen evaluiert. In der Abschlussschicht wird auf Praxisbeispiele aus dem Bereich der Roboternavigation eingegangen, die die Anwendungstauglichkeit der entwickelten Symmetriemerkmale belegen. Diese bilden Anknüpfungsfläche für höherwertige Bausteine der gehobeneren Objektanalyse und Roboternavigation. Der Hauptbeitrag dieser Arbeit besteht in einer Grundlagenanalyse der Symmetrie als Bildmerkmal, der Entwicklung eines robusten visuellen Symmetriemerkmalsdetektors und der Einbindung von Symmetrie in Anwendungen der Robotik.

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