Maritime Augmented Reality with a prioriknowledge of sea charts

Haase, Kristine

The main objective of this thesis is to provide a concept to augment mar- itime sea chart information into the camera view of the user. The benefit is the simpler navigation due to the offered 3D information and the overlay onto the real 3D environment. In the maritime context special conditions hold. The sensor technologies have to be reliable in the environment of a ship’s ferrous construction. The aug- mentation of the objects has to be very precise due to the far distances of observable objects on the sea surface. Furthermore, the approach has to be reliable due to the wide range of light conditions. For a practical solution, the system has to be mobile, light-weight and with a real-time performance. To achieve this goal, the requirements are set, the possible measurement units and the data base structure are presented. First, the requirements are analyzed and a suitable system is designed. By the combination of proper sensor techniques, the local position and orienta- tion of the user can be estimated. To verify the concept, several prototypes with exchangeable units have been evaluated. This first concept is based on a marker-based approach which leads to some drawbacks. To overcome the drawbacks, the second aspect is the improvement of the sys- tem and the analysis of markerless approaches. One possible strategy will be presented. The approach uses the statistical technique of Bayesian networks to vote for single objects in the environment. By this procedure it will be shown, that due to the a priori information the underlying sea chart system has the most benefit. The analysis of the markerless approach shows, that the sea charts structure has to be adapted to the new requirements of interactive 3D augmentation scenes. After the analysis of the chart data concept, an approach for the optimization of the charts by building up an object-to-object topology within the charts data and the Bayesian object detection approach is presented. Finally, several evaluations show the performance of the imple- mented evaluation application.

Diese Arbeit stellt ein Konzept zur Verfügung, um Seekarteninformationen in eine Kamera so einzublenden, dass die Informationen lagerichtig im Sichtfeld des Benutzers erscheinen. Der Mehrwert ist eine einfachere Navigation durch die Nutzung von 3D-Symbolen in der realen Umgebung. Im maritimen Umfeld gelten besondere Anforderungen an die Aufgabenstellung. Die genutzten Sensoren müssen in der Lage sein, robuste Daten in Anwesenheit der eisenhaltigen Materialien auf dem Schiff zu liefern. Die Augmentierung muss hoch genau berechnet werden, da die beobachtbaren Objekte zum Teil sehr weit entfernt auf der Meeresoberfläche verteilt sind. Weiterhin gelten die Bedingungen einer Außenumgebung, wie variierende Wetter- und Lichtbedingungen. Um eine praktikable Anwendung gewährleisten zu können, ist ein mobiles, leicht-gewichtiges und echtzeitfähiges System zu entwickeln. In dieser Arbeit werden die Anforderungen gesetzt und Konzepte für die Hardware- und Softwarelösungen beschrieben. Im ersten Teil werden die Anforderungen analysiert und ein geeignetes Hardwaresystem entwickelt. Durch die passende Kombination von Sensortechnologien kann damit die lokale Position und Orientierung des Benutzers berechnet werden. Um das Konzept zu evaluieren sind verschiedene modulare Hardware- und Softwarekonzepte als Prototypen umgesetzt worden. Das erste Softwarekonzept befasst sich mit einem markerbasierten Erkennungsalgorithmus, der in der Evaluation einige Nachteile zeigt. Dementsprechende Verbesserungen wurden in einem zweiten Softwarekonzept durch einen markerlosen Ansatz umgesetzt. Dieser Lösungsansatz nutzt Bayes'sche Netzwerke zur Erkennung einzelner Objekte in der Umgebung. Damit kann gezeigt werden, dass mit der Hilfe von a priori Informationen die dem System zugrunde liegenden Seekarten sehr gut zu diesem Zweck genutzt werden können. Die Analyse des Systemkonzeptes zeigt des weiteren, dass die Datenstruktur der Seekarten für die Anforderungen einer interaktiven, benutzergeführten 3D- Augmentierungsszene angepasst werden müssen. Nach der ausführlichen Analyse des Seekarten-Datenkonzeptes wird ein Lösungsansatz zur Optimierung der internen Seekartenstruktur aufgezeigt. Dies wird mit der Erstellung einer Objekt-zu-Objekt-Topologie in der Datenstruktur und der Verbindung zum Bayes'schen Objekterkennungsalgorithmus umgesetzt. Anschließend zeigen Evaluationen die Fähigkeiten des endgültigen Systems.

Cite

Citation style:

Haase, Kristine: Maritime Augmented Reality with a prioriknowledge of sea charts. 2012.

Rights

Use and reproduction:
No CC License (german copyright law applies)

Export