Avances en el uso de marcadores fiduciales para tareas de posicionamiento con cámaras

• Autores: Pablo García Ruiz
• Directores de la Tesis: Manuel Marín (dir. tes.) , Rafael Muñoz Salinas (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad de Córdoba (ESP) ( España ) en 2025
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: Cristina Rubio Escudero (presid.) , Carlos García Martínez (secret.) , Manuel Pegalajar Cuéllar (voc.)
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Helvia
• Resumen

  • La estimación de la posición de la cámara es un problema fundamental en la visión por computadora, que implica determinar la posición y orientación de una cámara con respecto a un sistema de coordenadas de referencia. Esta capacidad es crucial para permitir la comprensión espacial en una variedad de aplicaciones, como la robótica, la realidad aumentada y la navegación autónoma. Una estimación de posición precisa cierra la brecha entre los mundos virtual y físico, facilitando interacciones precisas dentro de un entorno definido. Si bien se han desarrollado diversas metodologías para abordar la estimación de la posición de la cámara, los marcadores fiduciales han surgido como una solución confiable en entornos controlados.

    Su simplicidad y robustez los hacen populares; sin embargo, presentan limitaciones notables. A corta distancia, se evidencian desafíos como la ambigüedad de la pose y la cobertura angular restringida. En escenarios de gran escala, particularmente aquellos con vistas de cámara que no se superponen o geometrías complejas, los métodos existentes no logran asegurar una estimación de la posición consistente y precisa. Estas limitaciones destacan brechas significativas en el estado del arte, motivando la necesidad de soluciones innovadoras.

    Los objetivos de esta tesis doctoral se centran en avanzar en los métodos de estimación de la posición de la cámara para abordar estas limitaciones. Esta investigación tiene como objetivo mejorar la estimación de la posición de cámaras individuales y múltiples en entornos tanto de corto alcance como a gran escala, superando desafíos relacionados con vistas superpuestas y no superpuestas, al tiempo que se apoyan escenarios complejos del mundo real.

    Esta tesis doctoral presenta tres contribuciones principales, cada una publicada en revistas con índice de impacto JCR.

    1. Fiducial Objects: Custom Design and Evaluation. García-Ruiz, Pablo and Romero-Ramirez, Francisco J. and Muñoz-Salinas, Rafael and Marín-Jiménez, Manuel J. and Medina-Carnicer, Rafael. Published in Sensors [1]. This work introduces three-dimensional fiducial objects composed of multiple markers. These designs address the limitations of planar markers, improving accuracy and robustness in close-range and overlapping view scenarios.

    2. Large-Scale Indoor Camera Positioning Using Fiducial Markers. García-Ruiz, Pablo and Romero-Ramirez, Francisco J. and Muñoz-Salinas, Rafael and Marín-Jiménez, Manuel J. and Medina-Carnicer, Rafael. Published in Sensors [2]. This work proposes a novel methodology for large-scale indoor camera positioning that combines reusable fiducial markers with graph-based optimization techniques. This ensures precise pose estimation in environments with overlapping camera views.

    3. Sparse Indoor Camera Positioning with Fiducial Markers. García-Ruiz, Pablo and Romero-Ramirez, Francisco J. and Muñoz-Salinas, Rafael and Marín-Jiménez, Manuel J. and Medina-Carnicer, Rafael. Submitted to Sensors and under review [3]. This work tackles the challenge of sparse camera configurations in non-overlapping view setups. Advanced optimization algorithms and iterative marker placement strategies enable reliable pose estimation in expansive environments.

    Las contribuciones presentadas en esta tesis doctoral han logrado los objetivos principales, avanzando el estado del arte en la estimación de la pose de la cámara en diferentes ambientes. A través de una experimentación extensiva y metodología innovadoras este trabajo ha propuesto soluciones robustas y escalables, considerando las limitaciones de los sistemas actuales. Los principales logros conseguidos son los siguientes: 1. Diseño y evaluación de los objetos fiduciales.

    2. Optimización del diseño de los objetos fiduciales.

    3. Posicionamiento de cámaras en entornos de interior y gran escala.

    4. Posicionamiento de cámaras sin superposición de sus vistas.

    5. Algoritmo para la búsqueda de marcadores comunes y estáticos entre grabaciones.

    6. Desarrollo de metodologías escalables aplicables a diferentes escenarios.