키넥트센서와 확장칼만필터를 이용한 사람추적 및 사람과의 동반주행 :People Tracking Accompany Algorithm for Mobile Robot Using Kinect Sensor and Extended Kalman Filter

박경재

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자료유형: 학위논문

저자정보: 박경재 (충남대학교, 忠南大學校大學院)

지도교수: 원문철

발행연도: 2013

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이용수1

이 논문의 연구 히스토리 (2)

2014

키넥트센서와 확장칼만필터를 이용한 이동로봇의 사람추적 및 사람과의 동반주행

박경재 , 원문철 대한기계학회 논문집 A권 2014.04 학술저널

2013

키넥트센서와 확장칼만필터를 이용한 사람추적 및 사람과의 동반주행

박경재 기계·기계설계·메카트로닉스공학과 2013.01 학위논문

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본 논문에서는 키넥트센서(Kinect sensor)와 확장칼만필터(Extended Kalman Filter : EKF)를 이용하여 사람과 로봇간의 상대위치 및 각도와 상대속도를 실시간으로 추정하는 알고리즘을 제안한다. 또한, 다양한 이동모드에 따른 모바일로봇의 사람과의 근접동반이동 제어를 수행한다. HOG 및 SVM을 이용한 사람 두부 및 어깨 검출 알고리즘을 통해 사람을 검출하고, 키넥트센서의 정보를 이용해 확장칼만필터 알고리즘을 거쳐 사람과 로봇간의 상대위치 및 속도를 추정한다. 확장칼만필터 알고리즘의 결과를 이용해 실내 환경에서 사람과 같이 근접동반주행을 하기 위한 다양한 모드의 제어 실험을 수행하였다. 또한, 모션캡처장비(VICON)를 이용해 알고리즘의 정확도 검증하였다.

#로봇 비전 #서포트 벡터 머신 #키넥트센서 #확장칼만필터

1. 서 론 1
1.1. 연구 배경 및 필요성 1
1.2 기존 연구 동향 2
1.3. 연구 내용 및 방법 3
1.3.1. 사람 두부 와 어깨 검출 방법 3
1.3.2. 확장칼만필터를 이용한 상대위치 및 속도 검출 방법 4
1.3.3. 사람과의 동반주행제어 방법 4
1.3.4. 전환모드 제어 방법 5
1.3.5. 알고리즘 검증 실험 환경 5
1.4. 기대 효과 6
2. 시스템 및 알고리즘 개요 7
2.1. 키넥트(Kinect)센서 7
2.2. 시스템 구성 및 모바일로봇 8
2.3. 확장칼만필터(Extended Kalman Filter) 알고리즘 10
2.4. 동반주행 및 전환모드 제어 알고리즘 11
3. HOG와 SVM을 이용한 사람 두부 및 어깨 검출 방법 12
3.1. Histogram of Oriented Gradient(HOG) 12
3.2. Support Vector Machine(SVM) 13
3.3. HOG와 SVM을 이용한 사람 두부 및 어깨 검출 방법 16
4. 확장칼만필터를 이용한 상대위치 및 속도 추정 방법 18
4.1. 키넥트(Kinect)센서를 통한 위치 및 각도 검출 방법 18
4.2. 확장칼만필터 알고리즘 설계 20
4.2.1. 사람의 이동 및 관측모델 수식 21
4.2.2. 비선형 운동방정식의 선형화(Linearization) 22
4.2.3. 메져먼트(Measurement) 노이즈의 공분산 매트릭스 22
4.2.4. 프로세스(Process) 노이즈의 공분산 매트릭스 24
5. 모바일로봇의 동반주행 알고리즘 27
5.1. 동반주행 모드 27
5.2. 로봇의 주행 알고리즘 28
5.3. 로봇의 전환모드 제어 30
6. 실험을 통한 알고리즘 검증 32
6.1. 프로그램 구현 및 GUI 구성 32
6.2. 상대위치 및 속도 추정 결과 33
6.3. 동반주행 실험 결과 35
6.3.1. 후방 동반이동 제어 36
6.3.2. 측면 동반이동 제어 37
6.3.3. 측후방 동반이동 제어 39
6.4. 전환모드 실험 결과 40
6.4.1. 전환모드1 40
6.4.2. 전환모드2 42
7. 결론 및 추후계획 44
참고문헌 45
ABSTRACT 47
감사의 글 48

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