This thesis has been written in conjunction to our engagement in the Midsize league of RoboCup where autonomous mobile robots play soccer. In particular, it is about the computer vision system of the robots, which supplies the necessary visual information. The main contribution is a new image processing technique that allows efficient tracking of large regions. The method yields the precise shape of the regions and it is a base for several other methods, which are described in this thesis. They comprise a new localization method enabling the robots to determine their precise position by perceiving the white field lines. In particular, they are able to perform real-time recognition of a whole palette of features, including the center circle, T-junctions and corners. If a situation occurs where no feature can be recognized, another new method, the "MATRIX-method", is applied. It uses a pre-computed force field to match the perceived field lines to the corresponding lines in a model. Overall localization is then performed in a three-level fusion process, which precisely takes into account the different time delays in the system. The approach has been demonstrated to work, playing over 10 games at the world-championship 2004 in Lisbon where the system achieved fourth place. Although the system was conceived for participation in RoboCup, especially the region tracking method will be of great use for many other applications.
Diese Dissertation wurde in Verbindung zu unserem Engagement in der RoboCup MidSize-Liga, in der autonome mobile Roboter Fußball spielen, geschrieben. Insbesondere behandelt sie die visuelle Verarbeitung per Computer, die die notwendingen visuellen Informationen liefert. Der wichtigste Forschungsbeitrag ist ein neues Bildverarbeitungsverfahren, das das effiziente Tracken großer Bildregionen erlaubt. Die Methode liefert die genaue Form der Regionen und ist eine Grundlage für mehrere andere Methoden, die in der Dissertation beschrieben werden. Sie umfassen eine neue Ortungsmethode, die den Robotern erlaubt, ihre präzise Position zu bestimmen, indem sie die weißen Feldlinien wahrnehmen. Insbesondere sind die Roboter in der Lage, einge ganze Palette von visuellem Merkmalen in Echtzeit zu erkennen, darunter den Mittelkreis, T-Verbindungen und Ecken. In einer Situation, in der kein Merkmal erkannt werden kann, wird eine andere Methode angewandt: Sie verwendet ein vorberechnetes Kraftfeld um die wahrgenommenen Linien mit einem entsprechenden Linienmodell in Einklang zu bringen. Die Ortung wird insgesamt in einem dreistufigen Fusionsprozess durchgeführt, der präzise die zeitlichen Verzögerungen im System berücksichtigt. Das System hat sich in der Praxis als funktionsfähig erwiesen: Bei den Weltmeisterschaften in Lissabon 2004, in denen der vierte Platz erzielt werden konnte, wurden über zehn Spiele erfolgreich absolviert. Obwohl das System für die Teilnahme an RoboCup konzipiert wurde, wird vor allem der "Region Tracking"-Algorithmus auch für andere Anwendungen von großem Wert sein.