T E L K O M N I K A ,   V o l . 1 0 ,   N o . 4 ,   D e c e m b e r   2 0 1 2 ,   p p .   6 0 9 ~ 6 2 0   I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   a c c r e d i t e d   b y   D G H E   ( D I K T I ) ,   D e c r e e   N o :   5 1 / D i k t i / K e p / 2 0 1 0         6 0 9       R e c e i v e d   A u g u s t   1 4 ,   2 0 1 2 ;   R e v i s e d   N o v e m b e r   6 ,   2 0 1 2 ;   A c c e p t e d   N o v e m b e r   1 5 ,   2 0 1 2   I n d o o r   L o c a l i z a t i o n   S y s t e m   b a s e d   o n   A r t i f i c i a l   L a n d m a r k s   a n d   M o n o c u l a r   V i s i o n         A n d r y   M a y k o l   G .   P i n t o ,   A .   P a u l o   M o r e i r a ,   P a u l o   G .   C o s t a   F a c u l t y   o f   En g i n e e r i n g   U n i v e r s i t y   o f   Po r t o   a n d   I N ESC   T EC - I N ESC   T e c h n o l o g y   a n d   S c i e n c e   R u a   D r .   R o b e r t o   F r i a s ,   s / n ,   4 2 0 0 - 4 6 5   Po r t o ,   Po r t u g a l ,   t e l . :   + 3 5 1   2 2   5 0 8   1 4   0 0   e - m a i l :   a n d r y . p i n t o @ f e . u p . p t ,   a m o r e i r a @ f e . u p . p t ,   p a c o @ f e . u p . p t       A b s t r a k   M a k a l a h   i n i   m e n y a j i k a n   p e n d e k a t a n   l o k a l i s a s i   v i s u a l   y a n g   c o c o k   u n t u k   l i n g k u n g a n   r u m a h   t a n g g a   d a n   i n d u s t r i   k a r e n a   a k u r a t ,   h a n d a l   d a n   e s t i m a s i   p a n d a n g a n   y a n g   b a i k .   R o b o t   m o b i l e   d i l e n g k a p i   d e n g a n   k a m e r a   t u n g g a l   y a n g   m e n g - u p d a t e   p a n d a n g a n   k a p a n p u n   k e t i k a   t e r d a p a t   l a n d m a r k .   I n o v a s i y a n g   d i s a j i k a n   d a l a m   p e n e l i t i a n   i n i   d i f o k u s k a n   p a d a   s i s t e m   l a n d m a r k   b u a t a n   y a n g   m e m i l i k i   k e m a m p u a n   u n t u k   m e n d e t e k s i   k e b e r a d a a n   r o b o t   k a r e n a   k e d u a   e n t i t a s   b e r k o m u n i k a s i   s a t u   s a m a   l a i n   m e n g g u n a k a n   p r o t o k o l   s i n y a l   i n f r a   m e r a h   t e r m o d u l a s i   f r e k u e n s i .   Se l a i n   i n i   k e m a m p u a n   k o m u n i k a s i ,   s e t i a p   l a n d m a r k   m e m i l i k i   b e b e r a p a   L ED   i n t e n s i t a s   t i n g g i   y a n g   b e r s i n a r   h a n y a   u n t u k   b e b e r a p a   k a s u s   s e s u a i   d e n g a n   k o m u n i k a s i ,   y a n g   m e m u n g k i n k a n   b e k e r j a n y a   a l a t   p e n g a t u r   c a h a y a   k a m e r a   d a n   b e r k e d i p n y a   L ED   u n t u k   s i n k r o n i s a s i .   Si n k r o n i s a s i   i n i   m e n i n g k a t k a n   t o l e r a n s i   s i s t e m   t e n t a n g   p e r u b a h a n   k e c e r a h a n   p a d a   l a m p u   a m b i e n   d a r i   w a k t u   k e   w a k t u ,   s e c a r a   i n d e p e n d e n   d a r i   l o k a s i   l a n d m a r k .   O l e h   k a r e n a   i t u ,   l a n g i t - l a n g i t   l i n g k u n g a n   y a n g   d i h u n i   d e n g a n   b e b e r a p a   l a n d m a r k   d a n   E x t e n d e d   Ka l m a n   F i l t e r   d i g u n a k a n   u n t u k   m e n g g a b u n g k a n   p e r h i t u n g a n   m a t i   d a n   i n f o r m a s i   l a n d m a r k .   H a l   i n i   m e n i n g k a t k a n   f l e k s i b i l i t a s   s i s t e m   d e n g a n   m e n g u r a n g i   j u m l a h   l a n d m a r k   y a n g   d i p e r l u k a n .   Ev a l u a s i   e k s p e r i m e n t a l   d i l a k u k a n   d a l a m   l i n g k u n g a n   i n d o o r   n y a t a   d e n g a n   p u r w a r u p a   k u r s i   r o d a   o t o n o m .     Ka t a   k u n c i :   b e a c o n   a k t i f ,   l a n d m a r k   b u a t a n ,   l o k a l i s a s i   v i s u a l ,   n a v i g a s i   r o b o t     A b s t r a c t     T h i s   p a p e r   p r e s e n t s   a   v i s u a l   l o c a l i z a t i o n   a p p r o a c h   t h a t   i s   s u i t a b l e   f o r   d o m e s t i c   a n d   i n d u s t r i a l   e n v i r o n m e n t s   a s   i t   e n a b l e s   a c c u r a t e ,   r e l i a b l e   a n d   r o b u s t   p o s e   e s t i m a t i o n .   T h e   m o b i l e   r o b o t   i s   e q u i p p e d   w i t h   a   s i n g l e   c a m e r a   w h i c h   u p d a t e   s i t s   p o s e   w h e n e v e r   a   l a n d m a r k   i s   a v a i l a b l e   o n   t h e   f i e l d   o f   v i e w .   T h e   i n n o v a t i o n   p r e s e n t e d   b y   t h i s   r e s e a r c h   f o c u s e s   o n   t h e   a r t i f i c i a l   l a n d m a r k   s y s t e m   w h i c h   h a s   t h e   a b i l i t y   t o   d e t e c t   t h e   p r e s e n c e   o f   t h e   r o b o t ,   s i n c e   b o t h   e n t i t i e s   c o m m u n i c a t e   w i t h   e a c h   o t h e r   u s i n g   a n   i n f r a r e d   s i g n a l   p r o t o c o l   m o d u l a t e d   i n   f r e q u e n c y .   B e s i d e s   t h i s   c o m m u n i c a t i o n   c a p a b i l i t y ,   e a c h   l a n d m a r k   h a s   s e v e r a l   h i g h   i n t e n s i t y   l i g h t - e m i t t i n g   d i o d e s   ( L ED s )   t h a t   s h i n e   o n l y   f o r   s o m e   i n s t a n c e s   a c c o r d i n g   t o   t h e   c o m m u n i c a t i o n ,   w h i c h   m a k e s   i t   p o s s i b l e   f o r   t h e   c a m e r a   s h u t t e r   a n d   t h e   b l i n k i n g   o f   t h e   L ED s   t o   s y n c h r o n i z e .   T h i s   s y n c h r o n i z a t i o n   i n c r e a s e s   t h e   s y s t e m   t o l e r a n c e   c o n c e r n i n g   c h a n g e s   i n   b r i g h t n e s s   i n   t h e   a m b i e n t   l i g h t s   o v e r   t i m e ,   i n d e p e n d e n t l y   o f   t h e   l a n d m a r k s   l o c a t i o n .   T h e r e f o r e ,   t h e   e n v i r o n m e n t s   c e i l i n g   i s   p o p u l a t e d   w i t h   s e v e r a l   l a n d m a r k s   a n d   a n   Ex t e n d e d   K a l m a n   F i l t e r   i s   u s e d   t o   c o m b i n e   t h e   d e a d - r e c k o n i n g   a n d   l a n d m a r k   i n f o r m a t i o n .   T h i s   i n c r e a s e s   t h e   f l e x i b i l i t y   o f   t h e   s y s t e m   b y   r e d u c i n g   t h e   n u m b e r   o f   l a n d m a r k s   r e q u i r e d .   T h e   e x p e r i m e n t a l   e v a l u a t i o n   w a s   c o n d u c t e d   i n   a   r e a l   i n d o o r   e n v i r o n m e n t   w i t h   a n   a u t o n o m o u s   w h e e l c h a i r   p r o t o t y p e .       Ke y w o r d s :   a c t i v e   b e a c o n s ,   a r t i f i c i a l   l a n d m a r k ,   r o b o t   n a v i g a t i o n ,   v i s u a l   l o c a l i z a t i o n         1 .   I n t r o d u c t i o n   I n   t h e   n e a r   f u t u r e ,   m o b i l e   r o b o t i c   s y s t e m s   w i l l   b e c o m e   a n   i n t e g r a l   p a r t   o f   o u r   d a i l y   l i v e s .   T o   m a k e   s o m e   o f   t h e s e   s y s t e m s   c o m p l e t e l y   a u t o n o m o u s ,   m o b i l e   r o b o t s   r e q u i r e   a   p r a c t i c a l   a n d   r e l i a b l e   l o c a l i z a t i o n   s y s t e m   a s   t h i s   i s   f u n d a m e n t a l   f o r   t h e m   t o   c o r r e c t   t h e   e x e c u t i o n   o f   t h e i r   t a s k s .   I n   a d d i t i o n   t o   t h e   l o c a l i z a t i o n   s y s t e m ,   i n c o r p o r a t i n g   c o m p u t e r   v i s i o n   i n   a   m o b i l e   r o b o t   a l l o w s   i t   t o   p e r f o r m   o t h e r   a c t i v i t i e s   r e l a t e d   t o   n a v i g a t i o n   ( c o l l i s i o n   a v o i d a n c e   [ 1 ]   ,   p a t h   p l a n n i n g   a n d   c o n t r o l   d e c i s i o n s   [ 2 ]   )   o r   e v e n   s u r v e i l l a n c e   ( p e r s o n   r e c o g n i t i o n ) .   H o w e v e r ,   t h e r e   i s   a   m a j o r   d r a w b a c k   r e l a t e d   t o   t h e   l i g h t   v a r i a t i o n   i n   t h e   e n v i r o n m e n t ,   w h i c h   n o r m a l l y   c o m p r o m i s e s   t h e   a p p l i c a b i l i t y   a n d   p e r f o r m a n c e   o f   c o m p u t e r   v i s i o n   t e c h n i q u e s .   F o r   t h a t   r e a s o n ,   t h e   t a s k   o f   d e t e c t i n g   t h e   a r t i f i c i a l   l a n d m a r k s   b a s e d   o n   c o l o r   e x t r a c t i o n   i s   v e r y   c o n d i t i o n e d ,   r e q u i r i n g   a n   a u t o m a t i c   c o l o r   c o m p e n s a t i o n   m e t h o d .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                              I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   T E L K O M N I K A     V o l .   1 0 ,   N o .   4 ,     D e c e m b e r   2 0 1 2   :     6 0 9     6 2 0   6 1 0 T h i s   a r t i c l e   a d d r e s s e s   t h e   p r o b l e m   o f   a   g e n e r i c ,   r o b u s t   a n d   a c c u r a t e   i n d o o r   l o c a l i z a t i o n   s y s t e m   b a s e d   o n   a r t i f i c i a l   l a n d m a r k s   a n d   a   s i n g l e   c a m e r a .   S i m i l a r l y   t o   t h e   e x p l o r e r s   w h o   u s e d   t h e   s t a r s   t o   n a v i g a t e   t h e i r   b o a t s   b e t w e e n   c o n t i n e n t s ,   t h e   a p p r o a c h   p r e s e n t e d   h e r e   i s   b a s e d   o n   a   c o n s t e l l a t i o n   o f   l a n d m a r k s   p l a c e d   o n   t h e   c e i l i n g .   T h i s   w i l l   a l l o w   s e v e r a l   r o b o t s   t o   s i m u l t a n e o u s l y   l o c a t e   t h e m s e l v e s .   T h e   p r e s e n t e d   m e t h o d   i n c l u d e s   t w o   p h a s e s :   m a p p i n g   a n d   l o c a l i z a t i o n .   T h i s   a r t i c l e   f o c u s e s   o n   t h e   l o c a l i z a t i o n   p r o c e s s   s i n c e   i t   r e p r e s e n t s   w h a t   i s   n e w   a n d   w h a t   i s   d i f f e r e n t   f r o m   t h e   a p p r o a c h e s   p r e s e n t l y   d e s c r i b e d   i n   t h e   l i t e r a t u r e .   T h e   m a p p i n g   c r e a t e s   t h e   p r i o r   k n o w l e d g e   o n   t h e   p o s i t i o n   o f   e a c h   l a n d m a r k   i n   t h e   e n v i r o n m e n t ,   f o r   e x a m p l e ,   a   c o m m o n   s i m u l t a n e o u s   l o c a l i z a t i o n   a n d   m a p p i n g   ( S L A M )   t e c h n i q u e   c a n   b e   u s e d   i n   t h i s   s t e p   i n   o r d e r   t o   a u t o m a t i c a l l y   g e n e r a t e   r e l a t i o n s   b e t w e e n   l a n d m a r k   p o s i t i o n s .   A f t e r   t h e   m a p p i n g   s t a g e ,   t h e   r o b o t   c a n   m o v e   f r e e l y   i n   t h e   e n v i r o n m e n t ,   u s i n g   t h e   c u r r e n t   v i s u a l   i n f o r m a t i o n   t o   d e t e r m i n e   p o s i t i o n   a n d   o r i e n t a t i o n .   T h e   c o r e   o f   t h i s   l o c a l i z a t i o n   m e t h o d   i s   t h e   i n t e l l i g e n t   l a n d m a r k ,   w h i c h   i s   c a l l e d   S y n c h r o n i z e d   C o l o r   L a n d m a r k   ( S C L )   i n   t h i s   p a p e r   a s   t h i s   i s   c o m p o s e d   o f   a   c l u s t e r   o f   R G B   L E D s   ( w i t h   d i f f e r e n t   c o l o r s )   w h i c h   s h i n e   s y n c h r o n i z e d   w i t h   t h e   c a m e r a   s h u t t e r ,   u s i n g   a   c o m m u n i c a t i o n   p r o t o c o l   t h a t   r e s o r t s   t o   a   f r e q u e n c y   m o d u l a t e d   i n f r a r e d   s i g n a l   w h e n e v e r   t h e   r o b o t   i s   c l o s e .   T h e   h i g h   i n t e n s i t y   R G B   L E D s   a n d   t h e   s y n c h r o n i z a t i o n   m a d e   t h e   s y s t e m   h i g h l y   i m m u n e   t o   e x t e r n a l   l i g h t   s o u r c e s ,   w h i c h   r e p r e s e n t s   a n   e n o r m o u s   a d v a n t a g e   c o m p a r a t i v e l y   t o   o t h e r   s i m i l a r   m e t h o d s .   T h i s   c o n c e p t ,   c a l l e d   S i n c r o V i s i o n   ( p a t e n t e d ) , i s   u n d e r   d e v e l o p m e n t   a t   t h e   F a c u l t y   o f   E n g i n e e r i n g   o f   t h e   U n i v e r s i t y   o f   P o r t o .   T h e   a i m   i s   t o   a u t o m a t i c a l l y   t e a c h   r o b o t i c   m a n i p u l a t o r s   [ 1 ]   .   T h e   s y s t e m   i s   e v a l u a t e d   c o n s i d e r i n g   i t s   r o b u s t n e s s   a n d   a c c u r a c y   i n   a   r o b o t   p l a t f o r m - a u t o n o m o u s   w h e e l c h a i r ,   I n t e l W h e e l s   [ 4 - 6 ] ,   a n d   i n   r e a l i s t i c   t e s t i n g   s c e n a r i o s .   T h e   r e s u l t s   w e r e   o b t a i n e d   w i t h   a   r e a l   p e r s o n   s i t t i n g   o n   t h e   w h e e l c h a i r ,   w h i c h   r e p r e s e n t s   a   d r a w b a c k   f o r   t h e   l o c a l i z a t i o n   a c c u r a c y   d u e   t o   t h e   u n b a l a n c e d   w e i g h t   d i s t r i b u t i o n   a n d   m o v e m e n t s   m a d e   b y   t h e   p e r s o n .   G i v e n   t h e   i n t e r m i t t e n t   a v a i l a b i l i t y   o f   t h e   l a n d m a r k s ,   a n   E x t e n d e d   K a l m a n   F i l t e r   ( E K F ) i s   u s e d   t o   u p d a t e   t h e   d e a d - r e c k o n i n g   e s t i m a t i o n .   O n e   m a j o r   c o n t r i b u t i o n   o f   t h i s   r e s e a r c h   i s   t h e   r e m a r k a b l e   a c c u r a c y   a n d   r o b u s t n e s s   o f   t h e   l o c a l i z a t i o n   s y s t e m ,   e v e n   i n   a   p r e s e n c e   o f   i l l u m i n a t i o n   i n s t a b i l i t i e s .   T h i s   p a p e r   i s   o r g a n i z e d   a s   f o l l o w s :   t h e   n e x t   s e c t i o n   i n t r o d u c e s   a   b r i e f   p r e s e n t a t i o n   a b o u t   s o m e   r e l a t e d   w o r k s .   S e c t i o n   3   p r o v i d e s   a   d e t a i l e d   e x p l a n a t i o n   a b o u t   t h e   l o c a l i z a t i o n   c o n c e p t .   S e c t i o n   4   a n a l y z e s   t h e   r o b u s t n e s s   a n d   a c c u r a c y   p e r f o r m a n c e s ,   a n d   f i n a l l y ,   S e c t i o n   5 p r e s e n t s   t h e   m a i n   c o n c l u s i o n s   a n d   t o p i c s   f o r   f u t u r e   r e s e a r c h .       2 .   R e l a t e d   W o r k   T h e   l i t e r a t u r e   o n   m o b i l e   r o b o t s   l o c a l i z a t i o n   i n   i n d o o r   e n v i r o n m e n t s   i s   l o n g   a n d   r i c h ,   w i t h   m a n y   d i f f e r e n t   s e n s o r   a p p r o a c h e s   a n d   m e t h o d s .   F o c u s i n g   o n l y   o n   l o c a l i z a t i o n   s y s t e m s   b a s e d   o n   l a n d m a r k s ,   i t   i s   p o s s i b l e   t o   f i n d   t w o   m e t h o d o l o g i e s :   n a t u r a l   a n d   a r t i f i c i a l   l a n d m a r k s .     N a t u r a l   l a n d m a r k s   h a v e   b e c o m e   i n c r e a s i n g l y   p o p u l a r   b e c a u s e   t h e y   d o   n o t   r e q u i r e   e x t e r n a l   i n f r a s t r u c t u r e s   f o r   l o c a l i z a t i o n   a s   t h e y   u s u a l l y   r e s o r t   t o   l a s e r   r a n g e   f i n d e r s   ( L R F )   a n d   c a m e r a s   t o   e x t r a c t   f e a t u r e s   f r o m   t h e   e n v i r o n m e n t .   A   f e a t u r e   e x t r a c t i o n   a l g o r i t h m   b a s e d   o n   C u r v a t u r e   S c a l e   S p a c e   a n d   l a s e r   r a n g e   f i n d e r   d a t a   a r e   p r e s e n t e d   i n   [ 7 ]   .   I n   t h i s   a p p r o a c h   t h e   e x t r a c t   c u r v a t u r e   e x t r e m e   o b t a i n e d   u s i n g   a   l a s e r   s c a n   d a t a   c o r r e s p o n d s   t o   a   l a n d m a r k   a t   d i f f e r e n t   s c a l e s   ( i n v a r i a n t   t o   r o t a t i o n   a n d   t r a n s l a t i o n ) .   O t h e r   a p p r o a c h   c a n   b e   f o u n d   i n   [ 8 ]   ,   w h i c h   u s e s   a n   I t e r a t i v e   E n d p o i n t   F i t   w i t h   w e i g h t i n g   a s   s e g m e n t   e x t r a c t i o n   o f   t h e   L R F   d a t a .   A c c o r d i n g   t o   t h i s   w o r k ,   t h e   2 D   e n v i r o n m e n t   c a n   b e   d e s c r i b e d   u s i n g   v e r t e x   a n d   l i n e   s e g m e n t s .   T h e   u n c e r t a i n t y   o f   t h e   l i n e   f e a t u r e   w a s   e s t i m a t e d   b a s e d   o n   t h e   H o u g h   T r a n s f o r m a t i o n   a n d   i n c o r p o r a t e d   i n   a n   E K F - S L A M .   T h e   r e s e a r c h   p r e s e n t e d   i n   [ 9 ]   s h o w s   a   S L A M   m e t h o d   b a s e d   o n   f e a t u r e   e x t r a c t i o n   ( l a n d m a r k s )   u s i n g   a   c h a r g e - c o u p l e d   d e v i c e   c a m e r a .   T h e   e x t r a c t e d   S I F T   ( s c a l e - i n v a r i a n t   f e a t u r e )   f e a t u r e s   a r e   u s e d   w i t h   t h e   d e a d - r e c k o n i n g   i n f o r m a t i o n   t o   a l l o w   a n   i n c r e m e n t a l   m a p   b u i l d i n g   o f   t h e   i n d o o r   e n v i r o n m e n t   w i t h o u t   a   p r i o r i   k n o w l e d g e .   T h e   r e s e a r c h   i n   [ 1 0 ]   p r e s e n t s   a n   i n t e r e s t i n g   p e r f o r m a n c e   a n a l y s i s   o f   s e v e r a l   l o c a l i z a t i o n   m e t h o d s :   S U R F   ( s p e e d e d   u p   r o b u s t   f e a t u r e ) ,   W I F I ,   c o l o r   h i s t o g r a m   a n d   H o G   ( h i s t o g r a m   o f   o r i e n t e d   g r a d i e n t s )   b a s e d   o n   l o w   c o s t   s e n s o r s   t h a t   c a n   e a s i l y   b e   f o u n d   o n   s m a r t p h o n e s .   T h i s   w o r k   r e v e a l e d   t h a t   t h e   S U R F   i s   a   g o o d   l a n d m a r k   e x t r a c t i o n .   M o s t   v i s u a l   m e t h o d s   e x t r a c t   t h e   l a n d m a r k s   b a s e d   o n   S I F T .   F o r   i n s t a n c e ,   [ 1 1 ]   u s e s   a   s t e r e o s c o p i c   c a m e r a   a n d   [ 1 2 ]   u s e s   a   m o n o c u l a r   c a m e r a   t o   g e n e r a t e   f e a t u r e s   a n d   E K F - S L A M .   O t h e r s   s i m i l a r   a p p r o a c h e s   c a n   b e   f o u n d   i n   [ 1 4 ]   .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L K O M N I K A     I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0       I n d o o r   L o c a l i z a t i o n   S y s t e m   b a s e d   o n   A r t i f i c i a l   L a n d m a r k s   a n d   .   ( A n d r y   M a y k o l   G .   P i n t o )   6 1 1 N o w a d a y s ,   m e t h o d s   b a s e d   o n   n a t u r a l   l a n d m a r k s   s t i l l   p r e s e n t   s o m e   r e s t r i c t i o n s   a n d   f o r   t h a t   r e a s o n   s o m e   r e s e a r c h e r s   p r e f e r   a r t i f i c i a l   l a n d m a r k s .   P e r h a p s   t h e   m o s t   u s e d   t e c h n o l o g y   t o   i d e n t i f y   l a n d m a r k s   i s   t h e   R F I D   ( r a d i o - f r e q u e n c y   i d e n t i f i c a t i o n ) t a g .   I n   p a r t i c u l a r ,   t h e   r e s e a r c h e s   i n   [ 1 7 ]   p r e s e n t   m e t h o d   t h a t   r e s o r t s   t o   t h e   r e a d - t i m e   o f   t h e   R F I D   a n t e n n a   a n d   t o   t h e   r e l a t i o n   b e t w e e n   t h e   p r e v i o u s   a n d   c u r r e n t   p a s s i v e   R F I D   i n   o r d e r   t o   e s t i m a t e   t h e   r o b o t ' s   p o s e .   T h i s   m e t h o d   u s e s   3 4 c m   t a g   s p a c i n g ,   l e a d i n g   t o   a   t r e m e n d o u s   n u m b e r   o f   R F I D   t a g s   i n   a   s m a l l   e n v i r o n m e n t .   T h e   p e r f o r m a n c e   r e g i s t e r e d   i n   t h e s e   e x p e r i m e n t s   r e v e a l e d   a n   8 c m   e r r o r ,   w h i c h   i s   a c c e p t a b l e   f o r   i n d o o r   e n v i r o n m e n t s .   A   p a s s i v e   R F I D   m e t h o d   ( w i t h   5 0 c m   o f   t a g   s p a c i n g ) ,   w h e r e   e a c h   t a g   i s   p l a c e d   o n   t h e   c e i l i n g   w i t h   2 6 0 c m   o f   h e i g h t ,   i s   p r e s e n t e d   i n   [ 1 9 ]   . T h e   r o b o t   u s e s   t h e   U H F   ( u l t r a   h i g h   f r e q u e n c y )   R F I D   r e a d e r   w h i c h   d e t e c t s   t h e   t a g s   a n d   t r a n s m i t s   t h i s   i n f o r m a t i o n   t o   a   s e r v e r   c o n t a i n i n g   t h e   t a g   p o s i t i o n .   A f t e r   c o m p u t i n g   t h e   p o s i t i o n   o f   t h e   r o b o t ,   t h e   s e r v e r   s e n d s   t h e   i n f o r m a t i o n   b a c k   t o   t h e   r o b o t .   T h i s   m e t h o d   i s   v e r y   i n t e r e s t i n g ;   h o w e v e r ,   i t   d o e s   n o t   r e l y   o n   s e l f - l o c a l i z a t i o n   a n d   t h e   l o c a l i z a t i o n   e r r o r   o b t a i n e d   w a s   m o r e   t h a n   5 0 c m .       A n   a p p r o a c h   w h i c h   c o m b i n e s   s t e r e o   v i s i o n   a n d   R F I D   c a n   b e   s e e n   i n   [ 2 0 ]   .   T h e   a r t i f i c i a l   l a n d m a r k s   b a s e d   o n   R F I D   ( e a c h   c o n t a i n i n g   t h e i r   i d e n t i f i c a t i o n   a n d   g l o b a l   p o s i t i o n )   a n d   t h e   L E D s   a r e   a c t i v a t e d   b y   a   l a s e r   b e a m .   T h e   i d e n t i f i c a t i o n   a n d   p o s i t i o n   a r e   r e t r i e v e d   b y   t h e   R F I D   r e a d e r   a n d   t h e   s t e r e o   v i s i o n   d e t e c t s   t h e   L E D s   a n d   c o m p u t e s   t h e   p o s e   o f   t h e   r o b o t   u s i n g   t h e   p r i n c i p l e   o f   t r i a n g u l a t i o n .   T h e   r o o t - s q u a r e   e r r o r   f o r   t h i s   m e t h o d   w a s   l e s s   t h a n   2 c m .   A n o t h e r   i n t e r e s t i n g   s t u d y   c a n   b e   f o u n d   i n   [ 2 1 ]   w h e r e   c o d e d   i n f r a   l i g h t   i s   u s e d   a s   a n   a r t i f i c i a l   l a n d m a r k   o n   t h e   c e i l i n g .   A   f u s i n g   m e t h o d   t o   u p d a t e   t h e   d e a d - r e c k o n i n g   u s i n g   t h e   l a n d m a r k   i n f o r m a t i o n   i s   a l s o   p r e s e n t e d   w h i c h   d e c r e a s e s   t h e   u n c e r t a i n t y   o f   t h e   r o b o t ' s   c o n f i g u r a t i o n .   T h e   w o r k   p r e s e n t e d   i n   [ 2 2 ]   f o c u s e s   o n   a n   i n d u s t r i a l   e n v i r o n m e n t ,   w h e r e   t h e   g l o b a l   l o c a l i z a t i o n   o f   o n e   A G V   e q u i p p e d   w i t h   a n   L R F   i s   a c c o m p l i s h e d   b y   m e a s u r i n g   t h e   r a n g e   a n d   b e a r i n g   o f   t h e   r o b o t   t o   a   s e t   o f   i n d i s t i n g u i s h a b l e   r e f l e c t i v e   l a n d m a r k s .   A r t i f i c i a l   l a n d m a r k   m e t h o d s   a r e   c o m m o n l y   u s e d   i n   i n d u s t r i a l   a n d   d o m e s t i c   f i e l d s   b e c a u s e   i t   i s   q u i t e   s i m p l e   t o   p o p u l a t e   t h e   e n v i r o n m e n t   w i t h   t h e   l a n d m a r k s .   S u b s e q u e n t l y ,   i t   i s   p o s s i b l e   t o   u s e   a   m a p p i n g   m e t h o d   t o   r e t r i e v e   t h e   g l o b a l   p o s i t i o n   o f   e a c h   l a n d m a r k ,   i n   a   r e l i a b l e   a n d   e a s y   w a y .   I n   [ 2 3 ]     a   m a p p i n g   m e t h o d   i s   p r o p o s e d   f o r   a r t i f i c i a l   l a n d m a r k s   b a s e d   o n   d e a d - r e c k o n i n g   a n d   l a s e r   r a n g e   f i n d e r .   T h e   g r i d   S L A M   d e t e c t s   t h e   l a n d m a r k   b a s e d   o n   a   l a n d m a r k   d e t e c t o r ,   e x t r a c t i n g   a n d   s a v i n g   t h e i r   p o s i t i o n   o n   t h e   g r i d   m a p   w h i c h   c a n   l a t e r   b e   u s e d   f o r   t h e   l o c a l i z a t i o n   p r o c e s s .   T h e   r e s e a r c h   p r e s e n t e d   i n   t h i s   a r t i c l e   f o c u s e s   o n   s o m e   i m p o r t a n t   f e a t u r e s   t h a t   e v e r y   v i s u a l   l o c a l i z a t i o n   m e t h o d   s h o u l d   c o m p r i s e :   r e l i a b i l i t y ,   r o b u s t n e s s   t o   l i g h t   c h a n g e s   a n d   a c c u r a c y   ( l e s s   t h a n   5 c m ) .   T o   a c c o m p l i s h   t h e s e   f e a t u r e s ,   a n   i n n o v a t i v e   l o c a l i z a t i o n   s y s t e m   b a s e d   o n   a   s i n g l e   c a m e r a   i s   p r o p o s e d   t o   d e t e c t   v i s u a l   a r t i f i c i a l   l a n d m a r k s   p l a c e d   o n   t h e   c e i l i n g .   T h e   t e c h n i q u e   r e s o r t s   t o   h i g h - i n t e n s i t y   R G B   L E D s   s y n c h r o n i z e d   w i t h   t h e   c a m e r a   s h u t t e r ,   w h i c h   m a k e s   t h e   o v e r a l l   s y s t e m   v e r y   t o l e r a n t   t o   e n v i r o n m e n t   l i g h t i n g .   M o s t   o f   t h e   l o c a l i z a t i o n   m e t h o d s   t h a t   u s e   c a m e r a s   a r e   s u b j e c t e d   t o   t h e   i n f l u e n c e   o f   l i g h t .   I n   c o n t r a s t ,   t h e   p e r f o r m a n c e   o f   t h e   t e c h n i q u e   p r e s e n t e d   h e r e   d o e s   n o t   d e p e n d   o n   t h e   i l l u m i n a t i o n   f a c t o r .   A s   a   r e s u l t ,   e x c e l l e n t   l o c a l i z a t i o n   e s t i m a t i o n   i s   p o s s i b l e   r e g a r d l e s s   o f   t h e   t y p e   o f   i n d o o r   e n v i r o n m e n t .       3 .   T h e   p r o p o s e d   s y s t e m   T h e   s y s t e m   i s   b a s e d   o n   a r t i f i c i a l   l a n d m a r k s   ( S C L )   p l a c e d   o n   t h e   c e i l i n g ,   a n d   m o n o c u l a r   v i s i o n .   A   s i n g l e   l a n d m a r k   i s   f o r m e d   b y   a   c o m m u n i c a t i o n   m e c h a n i s m   b a s e d   o n   a n   i n f r a r e d   c o m m u n i c a t i o n   p r o t o c o l   m o d u l a t e d   i n   f r e q u e n c y   a n d   s e v e r a l   h i g h   i n t e n s i t y   L E D s   t h a t   b l i n k   o n l y   a t   s o m e   i n s t a n c e s .   W h e n e v e r   a   r o b o t   i s   d e t e c t e d ,   t h a t   i s ,   w h e n   t h e   l a n d m a r k   r e c e i v e s   t h e   c o r r e c t   i n f r a r e d   s i g n a l s   f r o m   t h e   e n v i r o n m e n t   ( m e a n i n g   t h a t   a   r o b o t   i s   i n   r a n g e ) ,   t h e   b l i n k i n g   o f   t h e   L E D s   a n d   c a m e r a   s h u t t e r   a r e   s y n c h r o n i z e d .     H i g h   i n t e n s i t y   L E D s   i n   s y n c   w i t h   t h e   c a m e r a   d e c r e a s e s   t h e   i n f l u e n c e   o f   a m b i e n t   l i g h t i n g ,   m a k i n g   d e t e c t i o n   m o r e   r o b u s t   a n d   i m m u n e   t o   c h a n g e s   i n   b r i g h t n e s s .   T h e s e   L E D s   e m i t   a   h i g h   i n t e n s i t y   l i g h t   o v e r s h a d o w i n g   m o s t   o f   t h e   o t h e r   l i g h t   s o u r c e s .   T h e r e f o r e ,   t h e y   a r e   m o r e   s u i t a b l e   f o r   t h e   l o c a l i z a t i o n   m e t h o d   p r o p o s e d   h e r e .   A n o t h e r   a d v a n t a g e   w i t h   s y n c h r o n i z a t i o n   i s   r e l a t e d   t o   h u m a n   c o m f o r t   a s   t h e y   w i l l   h a v e   t o   s h a r e   t h e   e n v i r o n m e n t   w i t h   t h e   p r o p o s e d   l o c a l i z a t i o n   s y s t e m .   T h e   a d v a n t a g e   i s   t h a t   t h e   L E D s   a r e   s w i t c h e d - o n   d u r i n g   a   v e r y   s h o r t   t i m e   p e r i o d   w h i c h   d o e s   n o t   a f f e c t   p e o p l e ' s   v i s i o n   [ 1 ]     e n e r g y   c o n s u m p t i o n   i s   r e d u c e d   a n d   t h e   l o n g e v i t y   o f   t h e   L E D s   i s   i n c r e a s e d .   T h i s   v i s u a l   a p p r o a c h   m a d e   i t   p o s s i b l e   t o   p e r f o r m   a   p o s e   e s t i m a t i o n   t h a t   i s   a c c u r a t e   a n d   r e l i a b l e   r e g a r d l e s s   o f   t h e   e n v i r o n m e n t   a n d   t a s k .   T h e r e f o r e ,   b y   p l a c i n g   t h e   l a n d m a r k s   o n   t h e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                            T E L K O M N I K A     V o l .   1 0 ,   N o .   4 6 1 2 c e i l i n g ,   i t   i s   p o s s i b l e   t o   r e d u c b e   u s e d   b y   d i f f e r e n t   r o b o t s   s i m u l t a n e o u s l y R F I D   s o l u t i o n s   f o r   i n s t a n c e ) .     3 . 1 .   O v e r a l l   A r c h i t e c t u r e   T h e   p r o p o s e d   s y s t e m   i s   b a s e d   o n   t w o   c o m p o n e n t s :   r e s o r t s   t o   a   c a m e r a   w i t h   e x t e r n a l   t r i g g e r   f o r   t h e   s y n c h r o n i z a t i o n   w i t h   t h e   a   u n i q u e   a n d   d i s t i n c t i v e   c o l o r   T h e   s y n c h r o n i z a t i o n   b e t w e e n   i m a g e   a c q u i s i t i o n   a n d   t h e   S C L   i s   a c c o m p l i s h e d   b y   a n   i n f r a r e d   s i g n a l   m o d u l a t e d   i n   f r e q u e n c y .   T h i s   s i g n a l   i s   s e n t   b y   t h e   r o b o t ' s   S C L   p r e s e n t   i n   t h e   e n v i r o n m e n t .   W h e n e v e r   a   l a n d m a r k   i s   s i g n a l   f r o m   t h e   r o b o t   a n d   t r i g g e r s   t h e i r   v i s u a l   R G B   L E D s .   A t   t h e   s a m e   t i m e ,   t h e   i n f r a r e d   s i g n a l   b a c k   t o   t h e   r o b o t   a n d   d e t e c t e d   a n d   t h e   l a n d m a r k   i s F i g u r e   1 .   T h i s   w a y   t h e   l a n d m a r k   i s   a b l e   t o   r e s p o n d   t o   s e v e r a l   r o b o u t )   a p p r o a c h .   S i n c e   t h e   e n v i r o n m e n t   i s   p o p u l a t e d   b y   s e v e r a l   S C L c r e a t e d   o n   t h e   c e i l i n g   a n d   t h a c c u r a c y   r e q u i r e d   b y   t h e   r o b o t   t o   p e r f o r m       F i g u r e   1 .   S y s t e m   a r c h i t e c t u r e :     3 . 2 .   L o c a l i z a t i o n   p r o c e d u r e   T h e   l o c a l i z a t i o n   a l g o r i t h m   s h o u l d   b e   p e r f o r m e d   b e f o r e   t h e   l o c a l i z a t i o n   p r o c e s s   s i n c e   i t   r e t r i e v e s   t h e   t h e   c u r r e n t   p o s i t i o n   o f   l a n d m a r k s   i n s t a n c e ,   u s i n g   a   c o n v e n t i o n a l   E K F t h a t   m u s t   b e   a d j u s t e d   b a s e d   o n   t h e   s i z e   o f   t h e   e n v i r o n m e n t   w h e r e   t h e   r o b o t l i m i t   t o   t h e   n u m b e r   o f   L E D s   u s e d   e n v i r o n m e n t   i n c r e a s e s   o r   w h e n c o m b i n a t i o n   o f   L E D s   i n   e a c h   S C L   i d e n t i f i c a t i o n .   T h e   s e c o n d   s t e p   f o c u s e s   o n   " c l u s t e r   d e t e c t i o n i m p l e m e n t s   t h e   S i n c r o V i s i o n   h e i g h t   ( t h a t   w i l l   b e   f u r t h e r   c o m p u t e d i m a g e ) ,   d e f i n e s   t h e   n a v i g a t i o n   a x e s   o f   t h e   r o b o t ,   a n d   f i n a l l y ,   t h e   c o l o r   c a l i b r a p o s s i b l e   t o   o b t a i n   t h e   r e q u i r e d   A f t e r   t h i s ,   d u r i n g   t h e   t h e   r a n g e   d e f i n e d   i n   r e l a t i o n   t o   a   t y p i c a l   s i z e   o f   a   L E D d i s t a n c e   a r e   c o n s i d e r e d   m o r e   r e l i a b l e t h e   L E D s   t h a t   a r e   c l o s e r   t o   t h e   r o b o t L E D s   m e a n s   t h a t   t h e   L E D   b e l o n g s   t o   a n o t h e r   c l u s t e r ) .   4 ,     D e c e m b e r   2 0 1 2   :     6 0 9     6 2 0   i s   p o s s i b l e   t o   r e d u c e   t h e   o b t r u s i v e   l e v e l   o f   t h e   o r i g i n a l   e n v i r o n m e n t .   d i f f e r e n t   r o b o t s   s i m u l t a n e o u s l y   a s   t h e y   d o   n o t   e x p e r i e n c e   a n y   o c c l u s i o n     s y s t e m   i s   b a s e d   o n   t w o   c o m p o n e n t s :   t h e   R o b o t   a n d   S C L . r e s o r t s   t o   a   c a m e r a   w i t h   e x t e r n a l   t r i g g e r   f o r   t h e   s y n c h r o n i z a t i o n   w i t h   t h e   S C L ,   w h i c h   s e q u e n c e .     T h e   s y n c h r o n i z a t i o n   b e t w e e n   i m a g e   a c q u i s i t i o n   a n d   t h e   S C L   i s   a c c o m p l i s h e d   b y   a n   n   f r e q u e n c y .   T h i s   s i g n a l   i s   s e n t   b y   t h e   r o b o t ' s   t r i g g e r   c o n t r o l l e r S C L   p r e s e n t   i n   t h e   e n v i r o n m e n t .   W h e n e v e r   a   l a n d m a r k   i s   i n   r a n g e ,   i t   r e c e i v e s   t h e   i n f r a r e d   s i g n a l   f r o m   t h e   r o b o t   a n d   t r i g g e r s   t h e i r   v i s u a l   R G B   L E D s .   A t   t h e   s a m e   t i m e ,   t h e   l a n d m a r k   s e n t o   t h e   r o b o t   a n d   t h e   c a m e r a   s h u t t e r   i s   t r i g g e r e d .   T h e   t h e   l a n d m a r k   i s   i d e n t i f i e d   b y   t h e   a l g o r i t h m   b a s e d   o n   a   p r i o r i h i s   w a y   t h e   l a n d m a r k   i s   a b l e   t o   r e s p o n d   t o   s e v e r a l   r o b o t s   u s i n g   a   F I F O   ( f i r s t t h e   e n v i r o n m e n t   i s   p o p u l a t e d   b y   s e v e r a l   S C L ,   a n   a r t i f i c i a l   a n d   t h e   d i s t a n c e   b e t w e e n   e a c h   l a n d m a r k   i s   d i r e c t l y   r e l a t e d   b y   t h e   r o b o t   t o   p e r f o r m   i t s   t a s k s .     S y s t e m   a r c h i t e c t u r e :   T h e   r o b o t ' s   l o c a l i z a t i o n   m o d u l e   a n d   t h e   S C L   l a n d m a r k s   t h a t   a r e   p l a c e d   o n   t h e   c e i l i n g .     a l g o r i t h m   p r e s e n t e d   i n   t h i s   p a p e r   i s   b a s e d   o n   f i v e   s h o u l d   b e   p e r f o r m e d   b e f o r e   t h e   l o c a l i z a t i o n   p r o c e s s   s i n c e   i t   r e t r i e v e s   t h e   " p r i o r i l a n d m a r k s   i n   t h e   e n v i r o n m e n t .   T h i s   m e a n s   t h a t   e a c h   S C L a   c o n v e n t i o n a l   E K F - S L A M   a p p r o a c h .   E a c h   S C L   c o n s i s t s   o f   a   n u m b e r   o f   L E D s   a d j u s t e d   b a s e d   o n   t h e   s i z e   o f   t h e   e n v i r o n m e n t   w h e r e   t h e   r o b o t s   m o v e n u m b e r   o f   L E D s   u s e d   b y   e a c h   S C L   a n d   t h e y   s h o u l d   i n c r e a s e   a s w h e n   h i g h e r   l o c a l i z a t i o n   a c c u r a c y   i s   r e q u i r e d .   O b v i o u s l y ,   o f   L E D s   i n   e a c h   S C L   m u s t   b e   u n i q u e   i n   o r d e r   t o   a l l o w   a   T h e   s e c o n d   s t e p   f o c u s e s   o n   " c l u s t e r   d e t e c t i o n " ,   w h i c h   i s   a   p r e - p r o c e   c o n c e p t .   B r i e f l y ,   t h i s   s t e p   c a l i b r a t e s   t h e   c a m e r a ,   t h e   l a n d m a r k ' s   c o m p u t e d   b a s e d   o n   t h e   d i s t a n c e   b e t w e e n   t h e   L E D s   ,   d e f i n e s   t h e   n a v i g a t i o n   a x e s   o f   t h e   r o b o t ,   a n d   f i n a l l y ,   t h e   c o l o r   c a l i b r a t i o n .   r e q u i r e d   c o l o r   p a l e t t e .     " c l u s t e r   f i l t e r   s t a g e "   a l l   c l u s t e r s   o f   p i x e l s   w h o s e r a n g e   d e f i n e d   i n   r e l a t i o n   t o   a   t y p i c a l   s i z e   o f   a   L E D   a r e   e l i m i n a t e d .   T h e   a r e   c o n s i d e r e d   m o r e   r e l i a b l e   a n d ,   t h e r e f o r e ,   t h e   l o c a l i z a t i o n   p h a s e   w i l l t h e   r o b o t   ( a   l a r g e   d i s t a n c e   b e t w e e n   o n e   L E D   a n d   a   s e t   o f   o t h e r   b e l o n g s   t o   a n o t h e r   c l u s t e r ) .   I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   t h e   o b t r u s i v e   l e v e l   o f   t h e   o r i g i n a l   e n v i r o n m e n t .   T h i s   s y s t e m   c a n   a n y   o c c l u s i o n   ( s u c h   a s   R o b o t   a n d   S C L .   T h e   r o b o t   ,   w h i c h   m u s t   h a v e   T h e   s y n c h r o n i z a t i o n   b e t w e e n   i m a g e   a c q u i s i t i o n   a n d   t h e   S C L   i s   a c c o m p l i s h e d   b y   a n   t r i g g e r   c o n t r o l l e r   t o   t h e   i t   r e c e i v e s   t h e   i n f r a r e d   t h e   l a n d m a r k   s e n d s   .   T h e   c l u s t e r   o f   L E D s   i s   a   p r i o r i   k n o w l e d g e ,   s e e   F I F O   ( f i r s t - i n ,   f i r s t - a r t i f i c i a l   c o n s t e l l a t i o n   i s   i s   d i r e c t l y   r e l a t e d   t o   t h e     T h e   r o b o t ' s   l o c a l i z a t i o n   m o d u l e   a n d   t h e   S C L   l a n d m a r k s   t h a t   i s   b a s e d   o n   f i v e   s t e p s .   T h e   f i r s t   p r i o r i   k n o w l e d g e "   o n   S C L   i s   i d e n t i f i e d ,   f o r   a   n u m b e r   o f   L E D s   s   m o v e .   T h e r e   i s   n o   a s   t h e   s i z e   o f   t h e   O b v i o u s l y ,   t h e   c o l o r   m u s t   b e   u n i q u e   i n   o r d e r   t o   a l l o w   a   m o r e   c o m p l e t e   p r o c e s s i n g   s t a g e   a n d   ,   t h i s   s t e p   c a l i b r a t e s   t h e   c a m e r a ,   t h e   l a n d m a r k ' s   t h e   d i s t a n c e   b e t w e e n   t h e   L E D s   c a p t u r e d   i n   t h e   t i o n .   T h i s   w a y ,   i t   i s   p i x e l s   w h o s e   s i z e   i s   n o t   w i t h i n   T h e   S C L   a t   s h o r t e r   l o c a l i z a t i o n   p h a s e   w i l l   o n l y   c o n s i d e r   e t w e e n   o n e   L E D   a n d   a   s e t   o f   o t h e r   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L K O M N I K A       I n d o o r   L o c a l i z a t i o n   S y s t e m   b a s e d   o n   A r t i f i c i a l   L a n d m a r k s   a n d   F u r t h e r m o r e ,   e a c h   c l u s t e r   ( s e t   o f   I d e n t i f i c a t i o n "   s t e p .   S i n c e   t h e   S C L   c a n   b e   d i s t i n g u i s h e d   b y   t h e i r   u n i q u e   c o l o r   c o m b i n a t i o n p o s s i b l e   t o   i d e n t i f y   t h e   L E D s   p o s i t i o n   o f   e a c h   L E D   a t   t h e   g l o b a l   c o o r d i n a t e   r e f e r e n c e   p o s s i b l e   t o   e s t i m a t e   t h e   r o b o t s e v e r y   l a n d m a r k   t h a t   w i l l   b e   u s e d   c o l o r   c o m b i n a t i o n   o f   d e t e c t e d   t h e   p o s i t i o n   o f   e a c h   L E D   i n   t h e   w o r l d   r e f e r e n c e   f r a m e .   T h e   i d e n t i f i c a t i o n   i s   p e r f o r m e d   s e a r c h i n g   a l l   p r e v i o u s l y   i m p o r t e d   T h e   f o l l o w i n g   a n d   f i n a l   s t a g e   i s   t h e   " o n e   S C L   d e s c r i b e d   i n   t h e   g l o b a l   r e f e r e n c e n a v i g a t i o n   r e f e r e n c e ,   i t   i s   p o s s i b l e 2 d e p i c t s   t h e   l o c a l i z a t i o n   c o n c e p t   b a s e d   o n   a   c l u s t e r   f o r m e d   b y   o n e   g r e e n   ( L 1 )   a n d   ( L 2 )   L E D .   I t   i s   i m p o r t a n t   t o   h i g h l i g h t   t h a t v a l u e   o f   t h e   L E D   " i "   a n d   d e s c r i b e d   i n   t h e   f r a m e   " j " ,   a n d   v i c e T h e   f i r s t   s t e p   t o   c o m p u t e   t h e   r o b o t ' s   p o s e   ( g l o b a l   (   ,   )   a n d   t h e   n a v i g a t i o n   f r a m e   (   Θ           X   X   X c o s Θ     s i n Θ     F i g u r e   2 .   L o c a l i z a t i o n   b a s e d   o n   a   s i n g l e   l a n d m a r k   f o r m e d   b y   2   L E D s   ( g r e e n   a n d   y e l l o w ) .     G i v e n   t h e   v i r t u a l   l i n e   ( d a s h e d   b l u e ) ,   s e e   F i g u r e   a n d   L 2 )   a n d   c o m p u t i n g   t h e i r   s l o p e s a m e   a n g l e   b u t   d e s c r i b e d   i n   t h e   f r a m e   o f   t h e   r o b o t t h e   r o b o t   ( Θ ) .   E q u a t i o n s   ( 1 ) ,   d e f i n e   t h e   m i n i m u m   n u m b e r   o f   L E D s   i n   e a c h   c l u s t e r   ( S C L ) p o s i t i o n   i s   u s e d   i n   o r d e r   t o   c o m p u t e   t h e   I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   I n d o o r   L o c a l i z a t i o n   S y s t e m   b a s e d   o n   A r t i f i c i a l   L a n d m a r k s   a n d   .   ( A n d r y   M a y k o l   G .   P i n t o ,   e a c h   c l u s t e r   ( s e t   o f   L E D s   w i t h   c l o s e r   d i s t a n c e s )   i s   i d e n t i f i e d I d e n t i f i c a t i o n "   s t e p .   S i n c e   t h e   S C L   c a n   b e   d i s t i n g u i s h e d   b y   t h e i r   u n i q u e   c o l o r   c o m b i n a t i o n t h e   L E D s   b a s e d   o n   t h e   a   p r i o r i   k n o w l e d g e   a n d ,   t h e r e f t h e   g l o b a l   c o o r d i n a t e   r e f e r e n c e   b e l o n g i n g   t o   a   d e t e c t e d   t h e   r o b o t s   p o s e .   T h u s ,   t h e   " L E D s   I d e n t i f i c a t i o n "   s t a g e   a i m s   b e   u s e d   i n   t h e   l o c a l i z a t i o n   s t e p .   T h e   i d e n t i f i c a t i o n   i s   a c h i e v e d   b y   t h e   d e t e c t e d   L E D   s a n d ;   t h e r e f o r e ,   i t   w i l l   b e   p o s s i b l e   t o   p r o v i d e e a c h   L E D   i n   t h e   w o r l d   r e f e r e n c e   f r a m e .   T h e   i d e n t i f i c a t i o n   i s   p e r f o r m e d   p r e v i o u s l y   i m p o r t e d   a r t i f i c i a l   l a n d m a r k s .   f i n a l   s t a g e   i s   t h e   " l o c a l i z a t i o n "   s t a g e .   G i v e n   t h e   p o s i t i o n s   o f s c r i b e d   i n   t h e   g l o b a l   r e f e r e n c e   a n d   t h e   p o s i t i o n   o f   t h e   s a m e   L E D s   d e s c r i b e d   i n   t h e   p o s s i b l e   t o   d e t e r m i n e   t h e   p o s i t i o n   a n d   o r i e n t a t i o n   o f   t h e   r o b o t .   t h e   l o c a l i z a t i o n   c o n c e p t   b a s e d   o n   a   c l u s t e r   f o r m e d   b y   o n e   g r e e n   ( L 1 )   a n d   h i g h l i g h t   t h a t   i s   t h e   v a l u e   f o r   t h e   C a r t e s i a n   c o m p o n e n t   " i "   a n d   d e s c r i b e d   i n   t h e   f r a m e   " j " ,   a n d   v i c e - v e r s a   f o r   .   T h e   f i r s t   s t e p   t o   c o m p u t e   t h e   r o b o t ' s   p o s e   ( ,   ,   Θ )   i s   f i n d i n g   t h e   a n g l e   b e t w e e n   t h e   )   a n d   t h e   n a v i g a t i o n   f r a m e   (   ,   ) ,   t h a t   i s ,   t h e   r o b o t ' s   o r i e n t a t i o n .               Y s i n Θ               c o s Θ               F i g u r e   2 .   L o c a l i z a t i o n   b a s e d   o n   a   s i n g l e   l a n d m a r k   f o r m e d   b y   2   L E D s   ( g r e e n   a n d   y e l l o w ) . G i v e n   t h e   v i r t u a l   l i n e   ( d a s h e d   b l u e ) ,   s e e   F i g u r e   2 ,   w h i c h   p a s s e s   b y   t h e i r   s l o p e   ( -   t h e   a n g l e   d e s c r i b e d   i n   t h e   g l o b a l   r e f e r e n c e   a n d   s a m e   a n g l e   b u t   d e s c r i b e d   i n   t h e   f r a m e   o f   t h e   r o b o t ) ,   i t   i s   p o s s i b l e   t o   d e t e r m i n e   t h e   o r i e n t a t i o n   o f   ,   ( 2 )   a n d   ( 3 )   a r e   u s e d   t o   c o m p u t e   t h e   l o c a l i z a t i o n   o f   t h e   r o b o t   a n d   d e f i n e   t h e   m i n i m u m   n u m b e r   o f   L E D s   i n   e a c h   c l u s t e r   ( S C L )   a s   t w o .   I n   t h e s e   t o   c o m p u t e   t h e   r o b o t ' s   p o s i t i o n ,   h o w e v e r ,   i t   i s   a l s o   p o s s i b l e   A n d r y   M a y k o l   G .   P i n t o )   6 1 3 L E D s   w i t h   c l o s e r   d i s t a n c e s )   i s   i d e n t i f i e d   i n   t h e   " L E D s   I d e n t i f i c a t i o n "   s t e p .   S i n c e   t h e   S C L   c a n   b e   d i s t i n g u i s h e d   b y   t h e i r   u n i q u e   c o l o r   c o m b i n a t i o n ,   i t   i s   ,   t h e r e f o r e ,   k n o w i n g   t h e   t o   a   d e t e c t e d   l a n d m a r k ;   i t   i s   a i m s   a t   i d e n t i f y i n g   l o c a l i z a t i o n   s t e p .   T h e   i d e n t i f i c a t i o n   i s   a c h i e v e d   b y   t h e   p o s s i b l e   t o   p r o v i d e   i n f o r m a t i o n   o n   e a c h   L E D   i n   t h e   w o r l d   r e f e r e n c e   f r a m e .   T h e   i d e n t i f i c a t i o n   i s   p e r f o r m e d   b y   p o s i t i o n s   o f   L E D s   o f   a n d   t h e   p o s i t i o n   o f   t h e   s a m e   L E D s   d e s c r i b e d   i n   t h e   t o   d e t e r m i n e   t h e   p o s i t i o n   a n d   o r i e n t a t i o n   o f   t h e   r o b o t .   F i g u r e   t h e   l o c a l i z a t i o n   c o n c e p t   b a s e d   o n   a   c l u s t e r   f o r m e d   b y   o n e   g r e e n   ( L 1 )   a n d   o n e   y e l l o w   s i a n   c o m p o n e n t   X ,   i s   t h e   t h e   a n g l e   b e t w e e n   t h e   r o b o t ' s   o r i e n t a t i o n .     ( 1 )       ( 2 )       ( 3 )     F i g u r e   2 .   L o c a l i z a t i o n   b a s e d   o n   a   s i n g l e   l a n d m a r k   f o r m e d   b y   2   L E D s   ( g r e e n   a n d   y e l l o w ) .     t h e   t w o   L E D s   ( L 1   t h e   a n g l e   d e s c r i b e d   i n   t h e   g l o b a l   r e f e r e n c e   a n d   -   t h e   m i n e   t h e   o r i e n t a t i o n   o f   a r e   u s e d   t o   c o m p u t e   t h e   l o c a l i z a t i o n   o f   t h e   r o b o t   a n d     e q u a t i o n s ,   t h e   L 1   a l s o   p o s s i b l e   t o   u s e   L 2 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                            T E L K O M N I K A     V o l .   1 0 ,   N o .   4 6 1 4 T h e   a l g o r i t h m   p r e s e n t e d   i s   c y c l i c a l l y   e x e c u t e d   o v e r   t i m e ,   w i t h   t h e   e x c e p t i o n   o f   t h e   f i r s t   s t e p   " a   p r i o r i   k n o w l e d g e " ,   w h i c h   a r c h i t e c t u r e .       4 .   R e s u l t s   a n d   D i s c u s s i o n   S e v e r a l   e x p e r i m e n t s   t h e   l o c a l i z a t i o n   s y s t e m .   T h e   t e s t s   w e r e   m a d e   o v e r   a   l a r g e c i r c u m s t a n c e s   a n d   d i f f e r e n t   e n v i r o n m e n t   c o n d i t i o n s .   4 . 1 .   R o b u s t n e s s   T h e   f i r s t   s t e p   t o   a n a l y z e   t h e   p e r f o r m a n c e   m a y   c o m p r o m i s e   t h e   i n t e g r i t y   o f b r i g h t n e s s   o n   t h e   a c c u r a c y   o f   t h e c o m p a r e   t w o   c a s e s :   t h e   d e t e c t i o n   o f   t h e   S C L   w i t h   a n d   w i t h o u t   t h e   p r e s e n c e   o f   l i g h t i n g .   T h e   r e s u l t s   b e l o w   p r o v i d e r e s u l t i n g   i m a g e s   o f   t h e   p r e - p r o c e s s i n g w e r e   p r e v i o u s l y   d e f i n e d   a r e   r e p r e s e n t e d n e c e s s a r y   t o   i d e n t i f y   i n   t h e   o r i g i n a l   i m a g e .   T o   r e d u c e   t h e   i n f l u e n c e   o f   t h e   e n v i r o n m e n t   l i g h t   s o u r c e s ,   t h e C C D   c a m e r a   i s   i n t e n t i o n a l l y   m i n i m i z e d e n t e r s   t h e   c a m e r a   ( t h i s   i s   w h y   F i g u r e   3 a         F i g u r e   3 a .   O r i g i n a l   c a m e r a   e x t e r n a l   i l l u m i n a t i o n . F i g u r e   3 c .   P r e - p r o c e s s e d   i m a g e   w i t h   c o l o r   i d e n t i f i c a t i o n   o f   t h e   i m a g e   w i t h o u t   e x t e r n a l   i l l u m i n a t i o n   ( t h e   o r i g i n a l   c a m e r a   i m a g e   w a s   n o t   p r e s e n t e d   b e c a u s e   i t   i s   q u i t e   s i m i l a r   T h i s   h a p p e n s   b e c a u s e       4 ,     D e c e m b e r   2 0 1 2   :     6 0 9     6 2 0   T h e   a l g o r i t h m   p r e s e n t e d   i s   c y c l i c a l l y   e x e c u t e d   o v e r   t i m e ,   w i t h   t h e   e x c e p t i o n   o f   t h e   f i r s t   w h i c h   c a n   b e   p e r f o r m e d   o n l y   a t   t h e   b e g i n n i n g   o r   e v e n     w e r e   c o n d u c t e d   i n   o r d e r   t o   e v a l u a t e   t h e   p e r f o r m a n c e   a c h i e v e d   b y   T h e   t e s t s   w e r e   m a d e   o v e r   a   l a r g e   p e r i o d s   o f   t i m e ,   d i f f e r e n t   a n d   d i f f e r e n t   e n v i r o n m e n t   c o n d i t i o n s .   a n a l y z e   t h e   p e r f o r m a n c e   i s   c o n f i r m i n g   r o b u s t n e s s   a g a i n s t   f a c t o r s   t h a t   m a y   c o m p r o m i s e   t h e   i n t e g r i t y   o f   t h e   v i s u a l   d e t e c t i o n .     T h e   i m p a c t   a n d   i n f l u e n c e   a c c u r a c y   o f   t h e   l o c a l i z a t i o n   s y s t e m   w e r e   t e s t e d .   T h i s   w a y ,   t h e   d e t e c t i o n   o f   t h e   S C L   w i t h   a n d   w i t h o u t   t h e   p r e s e n c e   o f   p r o v i d e   t h e   i m a g e   o b t a i n e d   b y   t h e   c a m e r a   ( F i g u r e   3 a p r o c e s s i n g   s t a g e   ( F i g u r e s   3 b   a n d   3 c ) ,   w h e r e   o n l y   t h e   c o l o r s   t h a t   r e p r e s e n t e d ,   t h a t   i s ,   p i x e l s   t h a t   h a v e   c o l o r s   o f   t h e   L E D s   t h a t   t o   i d e n t i f y   i n   t h e   o r i g i n a l   i m a g e .     n f l u e n c e   o f   t h e   e n v i r o n m e n t   l i g h t   s o u r c e s ,   t h e   a p e r t u r e   o f   t h e   o n b o a r d   c a m e r a   i s   i n t e n t i o n a l l y   m i n i m i z e d .   T h i s   w a y   i t   i s   p o s s i b l e   t o   r e d u c e   t h e   a m o u n t   o f   l i g h t   t h a t   e n t e r s   t h e   c a m e r a   ( t h i s   i s   w h y   F i g u r e   3 a   i s   d a r k e r ) .     O r i g i n a l   c a m e r a   i m a g e   w i t h   e x t e r n a l   i l l u m i n a t i o n .     F i g u r e   3 b .   P r e - p r o c e s s e d   i m a g e   w i t h   c o l o r   i d e n t i f i c a t i o n   o f   t h e   i m a g e   w i t h   e x t e r n a l   i l l u m i n a t i o n   ( F i g .   3 a ) .       p r o c e s s e d   i m a g e   w i t h   c o l o r   i d e n t i f i c a t i o n   o f   t h e   i m a g e   w i t h o u t   e x t e r n a l   ( t h e   o r i g i n a l   c a m e r a   i m a g e   w a s   n o t   p r e s e n t e d   b e c a u s e   i t   i s   q u i t e   s i m i l a r   T h i s   h a p p e n s   b e c a u s e   e v e r y   t h e   e n v i r o n m e n t   l i g h t   s o u r c e s   w e r e   t u r n e d   o f f I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   T h e   a l g o r i t h m   p r e s e n t e d   i s   c y c l i c a l l y   e x e c u t e d   o v e r   t i m e ,   w i t h   t h e   e x c e p t i o n   o f   t h e   f i r s t   e v e n   i n   t h e   S L A M   i n   o r d e r   t o   e v a l u a t e   t h e   p e r f o r m a n c e   a c h i e v e d   b y   d i f f e r e n t   n a v i g a t i o n   r o b u s t n e s s   a g a i n s t   f a c t o r s   t h a t   a n d   i n f l u e n c e   o f   a m b i e n t   h i s   w a y ,   i t   w a s   p o s s i b l e   t o   t h e   d e t e c t i o n   o f   t h e   S C L   w i t h   a n d   w i t h o u t   t h e   p r e s e n c e   o f   i n t e n s e   a r t i f i c i a l   F i g u r e   3 a )   a n d   t h e   ,   w h e r e   o n l y   t h e   c o l o r s   t h a t   t h a t   h a v e   c o l o r s   o f   t h e   L E D s   t h a t   a r e   a p e r t u r e   o f   t h e   o n b o a r d   t o   r e d u c e   t h e   a m o u n t   o f   l i g h t   t h a t     p r o c e s s e d   i m a g e   w i t h   c o l o r   i d e n t i f i c a t i o n   o f   t h e   i m a g e   w i t h   e x t e r n a l   i l l u m i n a t i o n   ( F i g .   3 a ) .   p r o c e s s e d   i m a g e   w i t h   c o l o r   i d e n t i f i c a t i o n   o f   t h e   i m a g e   w i t h o u t   e x t e r n a l   ( t h e   o r i g i n a l   c a m e r a   i m a g e   w a s   n o t   p r e s e n t e d   b e c a u s e   i t   i s   q u i t e   s i m i l a r   t o   t h i s   o n e .   e v e r y   t h e   e n v i r o n m e n t   l i g h t   s o u r c e s   w e r e   t u r n e d   o f f ) .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L K O M N I K A       I n d o o r   L o c a l i z a t i o n   S y s t e m   b a s e d   o n   A r t i f i c i a l   L a n d m a r k s   a n d   T h e s e   F i g u r e s   s h o w   t h e   d e t e c t i o n   o f   t h e   a r t i f i c i a l   l a n d m a r k   w i t h   c o l o r   i d e n t i f i c a t i o n   o f   e a c h   L E D ,   w i t h   a n d   w i t h o u t   e x t e r n a l   i l l u m i n a t i o n .   d i r e c t l y   i n   f r o n t   o f   t h e   e n v i r o n m e n t   l i g h t   s o u r c e s   w h i c h   m e a n s   t h a t t h e   l o c a l i z a t i o n   s y s t e m   i s   n o t   a f f e c t e d   b y   w a s   n o   p r o b l e m   r e l a t e d   t o   a n t h e   t y p i c a l   s i z e   o f   a   L E D .   T h e r e f o r e n e g l e c t e d .         F i g u r e   4 a .   O r i g i n a l   c a m e r a   i m a g e   w i t h   e x t e r n a l   i l l u m i n a t i o n .   S i m i l a r   c o l o r   b e t w e e n   a   L E D   a n d   t h e   e n v i r o n m e n t   l i g h t   s o u r c e     L E D s   w i t h   a   c o l o r   i d e n t i c a l   f o r   t h e   s y s t e m   ( s e e   F i g u r e s 4 a   a n d   4 b c o m p l e t e l y   d e t e c t e d   s i n c e   t h e   p r o p o s e d   a l g o r i t h m   h a s   s e v e r a l   s t e p s   t h a t   v e r i f y   c o n s i s t e n c y   ( s u c h   a s   L E D   s i z e ,   d i s t a n c e   b e t w e e n   a d j a c e n t   L E D s ,   v a l i d   c o l o r   s e q u e n c e )   t h e   c a p t u r e d   i n f o r m a t i o n   i n   o r d e r   t o   r e t r i e v e   a   r I n   t h e s e   e x p e r i m e n t s   w e   s h o w   t h a t   t h e   S C L   c a n   b e   p l a c e d   o n   t h e   c e i l i n g ,   e v e n   n e a r   t o   a n   e x t e r n a l   i l l u m i n a t i o n   w h i c h   i s   a n   a d v a n t a g e   b e c a u s e   w e   c a n   u s e   t h e   p o w e r   s u p p l y   o f   t h e s e   i l l u m i n a t i o n s   t o   p o w e r   u p   e a c h   S C L .   T h i s   t e n v i r o n m e n t s   s i n c e   t h e   t e s t s   d i d   n o t   p r o d u c e   a n y   e r r o n e o u s   l o c a l i z a t i o n   f o r   t h e   r o b o t .   4 . 2 .   E r r o r   c h a r a c t e r i z a t i o n   T h i s   s e c t i o n   d e s c r i b e s   t h e w i t h   d i r e c t   m e a s u r e m e n t s   a r e   c o m p a r e d   i n n o v a t i v e   l o c a l i z a t i o n   s y s t e m .   I n o f   2 5   s e r i e s )   o n   t h e   r e a l   r o b o t s   a l s o   c h a r a c t e r i z e d   i n   t h e s e   t e s t s l i g h t   s o u r c e s   i s   e v a l u a t e d .       T a b l e   1 .   E r r o r   c h a r a c t e r i z a t i o n   w i t h   a n d   w i t h o u t   l i g h t   W i t h o u t     T a b l e   1   p r e s e n t s   t h e   e r r o r   o f   t h e   p r o p o s e d   s y s t e m .   a r t i f i c i a l   l i g h t   t h e   m e a n   e r r o r   l o w e r   i n f e r   t h a t   t h e   e n v i r o n m e n t s   l i g h t   s o u r c e s   d o   n o t   h a v e   a n   i n f l u e n c e   t h i s   s c a l e   o f   a c c u r a c y .   T h i s   m i n o r   g a p   i s   c a u s e d   b y   t h e   s i z e   o f   e a c h   L E D   b o t h   c o n d i t i o n s   a s   t h e   c e n t r o i d   p o s i t i o n   o f   t h e   L E D s   I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   I n d o o r   L o c a l i z a t i o n   S y s t e m   b a s e d   o n   A r t i f i c i a l   L a n d m a r k s   a n d   .   ( A n d r y   M a y k o l   G .   P i n t o F i g u r e s   s h o w   t h e   d e t e c t i o n   o f   t h e   a r t i f i c i a l   l a n d m a r k   w i t h   c o l o r   i d e n t i f i c a t i o n   o f   c h   L E D ,   w i t h   a n d   w i t h o u t   e x t e r n a l   i l l u m i n a t i o n .   I t   i s   p o s s i b l e   t o   c o n f i r m   t h a t   e v e n   w i t h   t h e   S C L   t h e   e n v i r o n m e n t   l i g h t   s o u r c e s   t h e   L E D s   a r e   c o r r e c t l y   d e t e c t e d   a n d   i d e n t i f i e d ,   t h e   l o c a l i z a t i o n   s y s t e m   i s   n o t   a f f e c t e d   b y   e x t e r n a l   l i g h t .   D u r i n g   t h e   t e s t s a n   e r r o n e o u s   i d e n t i f i c a t i o n   o f   t h e   S C L ,   s i n c e   t h e   a l g o r i t h m   .   T h e r e f o r e ,   d e t e c t e d   c l u s t e r s   o f   p i x e l s   w i t h o u t   p r o p e r   O r i g i n a l   c a m e r a   i m a g e   w i t h   e x t e r n a l   i l l u m i n a t i o n .   S i m i l a r   c o l o r   b e t w e e n   a   e n v i r o n m e n t   l i g h t   s o u r c e s .     F i g u r e   4 b .   P r e - p r o c e s s e d   i m a g e   b a s e d   o n   c o l o r   i d e n t i f i c a t i o n   o f   t h e   i m a g e   w i t h   e x t e r n a l   i l l u m i n a t i o n   a n d   s i m i l a r   c o l o r   b e t w e e n   a   L E D   a n d   t h e   e n v i r o n m e n t   l i g h t   s o u r c e i d e n t i c a l   t o   t h e   e n v i r o n m e n t   s o u r c e   l i g h t s   a r e   n o t   v e r y   4 a   a n d   4 b ) .   N e v e r t h e l e s s ,   ( s e e   F i g u r e   4 b )   t h e   y e l l o w   L E D   w a s   c o m p l e t e l y   d e t e c t e d   s i n c e   t h e   p r o p o s e d   a l g o r i t h m   h a s   s e v e r a l   s t e p s   t h a t   m a k e   i t   p o s s i b l e   L E D   s i z e ,   d i s t a n c e   b e t w e e n   a d j a c e n t   L E D s ,   v a l i d   c o l o r   s e q u e n c e )   n   o r d e r   t o   r e t r i e v e   a   r e l i a b l e   e x t r a c t i o n   o f   t h e   l a n d m a r k I n   t h e s e   e x p e r i m e n t s   w e   s h o w   t h a t   t h e   S C L   c a n   b e   p l a c e d   o n   t h e   c e i l i n g ,   e v e n   n e a r   t o   a n   e x t e r n a l   i l l u m i n a t i o n   w h i c h   i s   a n   a d v a n t a g e   b e c a u s e   w e   c a n   u s e   t h e   p o w e r   s u p p l y   o f   t h e s e   i l l u m i n a t i o n s   t o   p o w e r   u p   e a c h   S C L .   T h i s   t u r n s   t h e   s y s t e m   f l e x i b l e   a n d   m o r e   p r a c t i c a l   i n   i n d o o r   e n v i r o n m e n t s   s i n c e   t h e   t e s t s   d i d   n o t   p r o d u c e   a n y   e r r o n e o u s   l o c a l i z a t i o n   f o r   t h e   r o b o t . s e c t i o n   d e s c r i b e s   t h e   l o c a l i z a t i o n   a c c u r a c y   a c h i e v e d   b y   t h i s   s y s t e m a r e   c o m p a r e d   i n   o r d e r   t o   c h a r a c t e r i z e   t h e   e r r o r   o b t a i n e d   b y   t h i s   s y s t e m .   I n   t h e   e x p e r i m e n t s ,   5 0 o b s e r v a t i o n s   w e r e   m a d e   t h e   r e a l   r o b o t s   p o s e .   T h e   i n f l u e n c e   o f   t h e   i l l u m i n a t i o n   f a c t o r   i n   t h e   s y s t e m t e s t s   a s   t h e   a c c u r a c y   o f   t h e   s y s t e m   w i t h   a n d   w i t h o u t   E r r o r   c h a r a c t e r i z a t i o n   w i t h   a n d   w i t h o u t   l i g h t   s o u r c e s   ( f l u o r e s c e n t   l a m p ) .   P o s i t i o n   E r r o r   ( m )   O r i e n t a t i o n E r r o r   ( º )   W i t h   0 . 0 2 8 3   0 . 6 4 5   W i t h o u t   0 . 0 2 4 8   0 . 7 0 5     T a b l e   1   p r e s e n t s   t h e   e r r o r   o f   t h e   p r o p o s e d   s y s t e m .   A l t h o u g h   i n   t h e   a b s e n c e   o f   t h e   m e a n   e r r o r   l o w e r   o b t a i n e d   w a s   l o w e r ,   t h e   g a p   i s   s o   s m a l l   t h a t   t h e   e n v i r o n m e n t s   l i g h t   s o u r c e s   d o   n o t   h a v e   a n   i n f l u e n c e   o n   t h i s   s y s t e m ,   c o n s i d e r i n g   m i n o r   g a p   i s   c a u s e d   b y   t h e   s i z e   o f   e a c h   L E D   w h i c h c e n t r o i d   p o s i t i o n   o f   t h e   L E D s   i s   u s e d   t o   c o m p u t e   t h e   p o s e   e s t i m a t i o n .   A n d r y   M a y k o l   G .   P i n t o )   6 1 5 F i g u r e s   s h o w   t h e   d e t e c t i o n   o f   t h e   a r t i f i c i a l   l a n d m a r k   w i t h   c o l o r   i d e n t i f i c a t i o n   o f   e v e n   w i t h   t h e   S C L   r r e c t l y   d e t e c t e d   a n d   i d e n t i f i e d ,   e x t e r n a l   l i g h t .   D u r i n g   t h e   t e s t s ,   t h e r e   S C L ,   s i n c e   t h e   a l g o r i t h m   d e f i n e s   w i t h o u t   p r o p e r   s i z e   a r e     p r o c e s s e d   i m a g e   b a s e d   o n   c o l o r   i d e n t i f i c a t i o n   o f   t h e   i m a g e   w i t h   e x t e r n a l   i l l u m i n a t i o n   a n d   s i m i l a r   c o l o r   b e t w e e n   a   L E D   e n v i r o n m e n t   l i g h t   s o u r c e s .   n o t   v e r y   r e c o m m e n d e d   t h e   y e l l o w   L E D   w a s   m a k e   i t   p o s s i b l e   t o   L E D   s i z e ,   d i s t a n c e   b e t w e e n   a d j a c e n t   L E D s ,   v a l i d   c o l o r   s e q u e n c e )   o f   l a n d m a r k .     I n   t h e s e   e x p e r i m e n t s   w e   s h o w   t h a t   t h e   S C L   c a n   b e   p l a c e d   o n   t h e   c e i l i n g ,   e v e n   n e a r   t o   a n   e x t e r n a l   i l l u m i n a t i o n   w h i c h   i s   a n   a d v a n t a g e   b e c a u s e   w e   c a n   u s e   t h e   p o w e r   s u p p l y   o f   t h e s e   d   m o r e   p r a c t i c a l   i n   i n d o o r   e n v i r o n m e n t s   s i n c e   t h e   t e s t s   d i d   n o t   p r o d u c e   a n y   e r r o n e o u s   l o c a l i z a t i o n   f o r   t h e   r o b o t .   b y   t h i s   s y s t e m .   T h e   r e s u l t s   i n   o r d e r   t o   c h a r a c t e r i z e   t h e   e r r o r   o b t a i n e d   b y   t h i s   w e r e   m a d e   p e r   s e r i e s   ( a   t o t a l   t i o n   f a c t o r   i n   t h e   s y s t e m   i s   w i t h o u t   e n v i r o n m e n t   f l u o r e s c e n t   l a m p ) .     t h e   a b s e n c e   o f   t h e   ,   t h e   g a p   i s   s o   s m a l l   t h a t   i t   i s   p o s s i b l e   t o   t h i s   s y s t e m ,   c o n s i d e r i n g   w h i c h   i s   d i f f e r e n t   i n   c o m p u t e   t h e   p o s e   e s t i m a t i o n .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                            T E L K O M N I K A     V o l .   1 0 ,   N o .   4 6 1 6 4 . 3 .   C o m p a r i s o n   w i t h   t h e   S t a r g a z e r T h e   p e r f o r m a n c e   o f   t h e   p r o p o s e d   m e t h o d   b a s e d   l o c a l i z a t i o n   s y s t e m   t h e   e n v i r o n m e n t   l i g h t   c o n d i t i o n s   a n d   d i f f e r e n t   c e i l i n g   h e i g h t     F i g u r e   5 .   S t a r g a z e r - E r r o r   e v o l u t i o n   a t   d i f f e r e n t   c e i l i n g   d i s t a n c e s   a n d   u n d e r   s e v e r a l   e n v i r o n m e n t   l i g h t   s o u r c e s .   T h e   e r r o r   i n c r e a s e d i s t a n c e   o f   3   m e t e r s ,   t h e   p e r f o r m a n c e   d i d   n o t   r e v e a l   s i g n i f i c a n t   v a r i a t i o n s   w i t h   t h e   l i g h t       E v e n   t h o u g h   t h e   s y s t e m   i s   b a s e d   o n   i n f r a S t a r G a z e r   r e m a i n s   s i g n i f i c a n t N e v e r t h e l e s s ,   t h e   p e r f o r m a n c e   i s   h i g h l y   i n f l u e n c e d   b y   t h e   T h i s   i s   a n   i m p o r t a n t   d i s a d v a n t a g e   s i n c e   i t   c o m p r o m i s e s   t h e   r e l i a b i l i t y   o f   t h e   l o c a l i z a t i o n   i n   c e i l i n g s   w i t h   d i f f e r e n t   h e i g h t s ; i n   e v e r y   t y p e   o f   e n v i r o n m e n t .       T a b l e   2 .   S t a r G a z e r - E r r o r   c h a r a c t e r i z a t i o n   w i t h   a n d   w i t h o u t   l i g h t   s o u r c e s   W i t h o u t       T h e r e f o r e ,   t h e   s y s t e m   p r o p o s e d   e r r o r s )   a n d   i s   n o t   i n f l u e n c e d   l a n d m a r k s ,   w h i c h   i s   a   d i s a d v a n t a g e   b e c a u s e     4 . 4 .   E K F   i n   a   R e a l   R o b o t   F i n a l l y ,   t h e   p e r f o r m a n c e   a c h i e v e d   b y   t h e   r o b o t   ( i n t e l l i g e n t   w h e e l c h a i r )   r e a l   e n v i r o n m e n t   a n d   u n d e r   a   r e a l i s t i c   s c e n a r i o o n   d e a d - r e c k o n i n g   a n d   a r t i f i c i a l   l a n d m a r k s .   T h e   t e s t s   w t w o   L E D s   e a c h .   T h e   m a i n   p u r t r a n s p o r t a t i o n   t a s k s   w i t h o u t   g e t t i n g   o n   t h e   c e i l i n g   o r i g i n a t e   a r e a s   4 ,     D e c e m b e r   2 0 1 2   :     6 0 9     6 2 0   S t a r g a z e r   T h e   p e r f o r m a n c e   o f   t h e   p r o p o s e d   m e t h o d   i s   c o m p a r e d   w i t h   a   c o m m e r c i a l   t h e   S t a r G a z e r   [ 2 4 ]   . T h e   S t a r G a z e r w a s   e v a l u a t e d   e n v i r o n m e n t   l i g h t   c o n d i t i o n s   a n d   d i f f e r e n t   c e i l i n g   h e i g h t s .     E r r o r   e v o l u t i o n   a t   d i f f e r e n t   c e i l i n g   d i s t a n c e s   a n d   u n d e r   s e v e r a l   e n v i r o n m e n t   l i g h t   s o u r c e s .   T h e   e r r o r   i n c r e a s e s   w i t h   t h e   d i s t a n c e   t o   t h e   c e i l i n g .   E x c l u d i n g   t h e   d i s t a n c e   o f   3   m e t e r s ,   t h e   p e r f o r m a n c e   d i d   n o t   r e v e a l   s i g n i f i c a n t   v a r i a t i o n s   w i t h   t h e   l i g h t   c o n d i t i o n .   s y s t e m   i s   b a s e d   o n   i n f r a - r e d l a n d   m a r k s ,   t h e   p e r f o r m a n c e   o f   t h e   S t a r G a z e r   r e m a i n s   s i g n i f i c a n t l y   t h e   s a m e   f o r   d i f f e r e n t   l i g h t i n g   c o n d i t i o n s N e v e r t h e l e s s ,   t h e   p e r f o r m a n c e   i s   h i g h l y   i n f l u e n c e d   b y   t h e   d i s t a n c e   t o   t h e   c e i l i n g   T h i s   i s   a n   i m p o r t a n t   d i s a d v a n t a g e   s i n c e   i t   c o m p r o m i s e s   t h e   r e l i a b i l i t y   o f   t h e   l o c a l i z a t i o n   i n   h e i g h t s ;   a n d   t h e r e f o r e   r e d u c e s   t h e   s y s t e m s   f l e x i b i l i t y   a s   a r a c t e r i z a t i o n   w i t h   a n d   w i t h o u t   l i g h t   s o u r c e s   ( f l u o r e s c e n t   l a m p ) .   P o s i t i o n   E r r o r   ( m )   O r i e n t a t i o n E r r o r   ( º )   W i t h   0 . 0 2 9 5   0 . 8 5 3   W i t h o u t   0 . 0 2 4 8   0 . 8 1 2   s y s t e m   p r o p o s e d   i n   t h i s   a r t i c l e   r e v e a l s   h i g h e r   a c c u r a c y   ( e r r o r s )   a n d   i s   n o t   i n f l u e n c e d   b y   t h e   c e i l i n g s   h e i g h t .   H o w e v e r ,   t h e   s y s t e m   i s   b a s e d   o n   a c t i v e   i s   a   d i s a d v a n t a g e   b e c a u s e   i t   r e q u i r e s   a   p o w e r   s u p p l y .   t h e   p e r f o r m a n c e   a c h i e v e d   b y   t h e   r o b o t   ( i n t e l l i g e n t   w h e e l c h a i r )   r e a l   e n v i r o n m e n t   a n d   u n d e r   a   r e a l i s t i c   s c e n a r i o .   T h e   E K F   i s   u s e d   t o   e s t i m a t e   t h e   r e c k o n i n g   a n d   a r t i f i c i a l   l a n d m a r k s .   T h e   t e s t s   w e r e   p e r f o r m e d   u s i n g   o n l y   h e   m a i n   p u r p o s e   w a s   t o   a n a l y z e   t h e   r o b o t s   c a p a b i l i t y   t o   e x e c u t e   g e t t i n g   l o s t   i n   a n   e n v i r o n m e n t   w i t h   f e w e r   l a n d m a r k s s   w h e r e   t h e   r o b o t   c a n   u p d a t e   i t s   p o s e   e s t i m a t i o n I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   a   c o m m e r c i a l   l a n d m a r k - w a s   e v a l u a t e d   u n d e r   s e v e r a l     E r r o r   e v o l u t i o n   a t   d i f f e r e n t   c e i l i n g   d i s t a n c e s   a n d   u n d e r   s e v e r a l   t h e   c e i l i n g .   E x c l u d i n g   t h e   d i s t a n c e   o f   3   m e t e r s ,   t h e   p e r f o r m a n c e   d i d   n o t   r e v e a l   s i g n i f i c a n t   v a r i a t i o n s   w i t h   t h e   l i g h t     t h e   p e r f o r m a n c e   o f   t h e   t h e   s a m e   f o r   d i f f e r e n t   l i g h t i n g   c o n d i t i o n s   ( S e e   T a b l e   2 ) .   c e i l i n g   ( s e e   F i g u r e   5 ) .   T h i s   i s   a n   i m p o r t a n t   d i s a d v a n t a g e   s i n c e   i t   c o m p r o m i s e s   t h e   r e l i a b i l i t y   o f   t h e   l o c a l i z a t i o n   i n   f l e x i b i l i t y   a s   i t   c a n n o t   b e   u s e d   ( f l u o r e s c e n t   l a m p ) .     a c c u r a c y   ( l e s s   a b s o l u t e   i s   b a s e d   o n   a c t i v e   t h e   p e r f o r m a n c e   a c h i e v e d   b y   t h e   r o b o t   ( i n t e l l i g e n t   w h e e l c h a i r )   w a s   s t u d i e d   i n   a   t o   e s t i m a t e   t h e   l o c a t i o n   b a s e d   e r e   p e r f o r m e d   u s i n g   o n l y   t h r e e   S C L   w i t h   c a p a b i l i t y   t o   e x e c u t e   l a n d m a r k s .   T h e   l a n d m a r k s   s e   e s t i m a t i o n - i n   F i g u r e   6   t h i s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L K O M N I K A       I n d o o r   L o c a l i z a t i o n   S y s t e m   b a s e d   o n   A r t i f i c i a l   L a n d m a r k s   a n d   a r e a   i s   r e p r e s e n t e d   i n   g r e e n   a n d   t h e   t o   s e e ,   t h e r e   a r e   t h r e e   S C L s   i n   t h e   e n v i r o n m e n t   w i t h       F i g u r e   6     F i g u r e   7 .   P o s e   e s t i m a t i o n   d u r i n g t h e   p a t h :   e s t i m a t i     T h e   d e s i r e d   p a t h   s t a r t s   i n   p o i n t   A   a n d   g o e s   t o   C   p a s s i n g   b y   B .   A t   p o i n t   C   t h e   r o b o t   p i c k s   t h e   h u m a n   p e r s o n   a n d   t h e n   i t   r e t u r n s   t o   p o i n t   A   i n   C - B - A .   T h i s   p a t h   m a k e s   i t   p o s s i b l e   t o   c o m p a r e   t h e   p e r f o r m a n c e   o f   t h e   r o b o t ' s   l o c a l i z a t i o n   w h i l e   m o v i n g   i n   a   r e a l i s t i c   t e s t   s c e n a r i o . F i g u r e   7   p r e s e n t s   t h e   d e s i r e d   a n d   e x e c u t e d   ( g r e e n )   t r a j e c t o r y   d u r i n g   t h e   p a t h .   r o b o t   u s e s   o d o m e t r y   t o   e s t i m a t e   i t s   p o s e   w h e n   n o   S C L   i s   a v a i l a b l e   ( r e d   d o t ) .   A s   a   c o n s e q u e n c e ,   d u r i n g   t h i s   p e r i o d   t h e   s t a t e   o f   t h e   r o b o t   i s   o n l y   p r o v i d e d   b y   t h e   e n c o d e r s   a n d   t h e r e   i s   a n   a c c u m u l a t i o n   o f   e r r o r s   p r o p o r t i o n a l   t o   t h e   d i s p l a c e m e n t .   H o w e v e r ,   a v a i l a b l e   t h e   s t a t e   o f   t h e   r o b o t   i s   u p d a t e d   a n d   t h e   m o v e m e n t   c o r r e c t e d   i n   o r d e r   t o   a c c o m p l i s h   t h e   n a v i g a t i o n   t a s k   ( s e e   t h e   a r r o w s   i n   F i g u r e   7 ) . F i g u r e   8   s h o w s   t h e   p o s e   e v o l u t i o n   d u r i n g   t h e   e x e c u t i o n   o f   t h e   A g r a p h   r e p r e s e n t s   t h e   X   c o o r d i n a t e s ,   t h e   m i d d l e   g r a p h   r e p r e s e n t s   t h e   Y   c o o r d i n a t e s   a n d   t h e   o n e   o n   t h e   b o t t o m   r e p r e s e n t s   O r i e n t a t i o n   ( I t   i s   i m p o r t a n t   t o   h i g h l i g h t   t h a t   i t   i s   n o t   p o s s i b l e   t o   o b t a i n   t h e   l o c a l i z a I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   I n d o o r   L o c a l i z a t i o n   S y s t e m   b a s e d   o n   A r t i f i c i a l   L a n d m a r k s   a n d   .   ( A n d r y   M a y k o l   G .   P i n t o a n d   t h e   d e s i r e d   r o b o t ' s   p a t h   i s   r e p r e s e n t e d   i n   b l u e .   A s   e   t h r e e   S C L s   i n   t h e   e n v i r o n m e n t   w i t h   s p a c i n g   o f   m o r e   t h a n   3 m .       F i g u r e   6 .   T h e   s e t t i n g   o f   3   S C L   i n   t h e   e n v i r o n m e n t .     o s e   e s t i m a t i o n   d u r i n g t h e   p a t h :   e s t i m a t i o n   b a s e d   o n   o d o m e t r y ,   l a n d m a r k   a n d   E K F .   T h e   d e s i r e d   p a t h   s t a r t s   i n   p o i n t   A   a n d   g o e s   t o   C   p a s s i n g   b y   B .   A t   p o i n t   C   t h e   r o b o t   p i c k s   t h e   h u m a n   p e r s o n   a n d   t h e n   i t   r e t u r n s   t o   p o i n t   A   i n   t h e   s a m e   m a n n e r .   T h e r e f o r e ,   t h e   p a t h   i s   A A .   T h i s   p a t h   m a k e s   i t   p o s s i b l e   t o   c o m p a r e   t h e   p e r f o r m a n c e   o f   t h e   r o b o t ' s   l o c a l i z a t i o n   w h i l e   m o v i n g   i n   a   r e a l i s t i c   t e s t   s c e n a r i o .   F i g u r e   7   p r e s e n t s   t h e   d e s i r e d   a n d   e x e c u t e d   ( g r e e n )   t r a j e c t o r y   d u r i n g   t h e   p a t h .   r o b o t   u s e s   o d o m e t r y   t o   e s t i m a t e   i t s   p o s e   w h e n   n o   S C L   i s   a v a i l a b l e   ( r e d   d o t ) .   A s   a   c o n s e q u e n c e ,   d u r i n g   t h i s   p e r i o d   t h e   s t a t e   o f   t h e   r o b o t   i s   o n l y   p r o v i d e d   b y   t h e   e n c o d e r s   a n d   t h e r e   i s   a n   a c c u m u l a t i o n   o f   e r r o r s   p r o p o r t i o n a l   t o   t h e   d i s p l a c e m e n t .   H o w e v e r ,   a v a i l a b l e   t h e   s t a t e   o f   t h e   r o b o t   i s   u p d a t e d   a n d   t h e   m o v e m e n t   c o r r e c t e d   i n   o r d e r   t o   a c c o m p l i s h   t h e   n a v i g a t i o n   t a s k   ( s e e   t h e   a r r o w s   i n   F i g u r e   7 ) .   F i g u r e   8   s h o w s   t h e   p o s e   e v o l u t i o n   d u r i n g   t h e   e x e c u t i o n   o f   t h e   A - B - C - e n t s   t h e   X   c o o r d i n a t e s ,   t h e   m i d d l e   g r a p h   r e p r e s e n t s   t h e   Y   c o o r d i n a t e s   a n d   t h e   o n e   o n   t h e   b o t t o m   r e p r e s e n t s   O r i e n t a t i o n   ( - 1 8 0 º   t o   1 8 0 º )   ( s e e   F i g u r e   6   f o r   g l o b a l   r e f e r e n c e   p o s i t i o n ) .   I t   i s   i m p o r t a n t   t o   h i g h l i g h t   t h a t   i t   i s   n o t   p o s s i b l e   t o   o b t a i n   t h e   l o c a l i z a t i o n   e r r o r   d u r i n g   t h e   e n t i r e     A n d r y   M a y k o l   G .   P i n t o )   6 1 7 i s   r e p r e s e n t e d   i n   b l u e .   A s   i t   i s   p o s s i b l e   m .             b a s e d   o n   o d o m e t r y ,   l a n d m a r k   a n d   T h e   d e s i r e d   p a t h   s t a r t s   i n   p o i n t   A   a n d   g o e s   t o   C   p a s s i n g   b y   B .   A t   p o i n t   C   t h e   r o b o t   p i c k s   t h e   s a m e   m a n n e r .   T h e r e f o r e ,   t h e   p a t h   i s   A - B - A .   T h i s   p a t h   m a k e s   i t   p o s s i b l e   t o   c o m p a r e   t h e   p e r f o r m a n c e   o f   t h e   r o b o t ' s   l o c a l i z a t i o n   w h i l e   F i g u r e   7   p r e s e n t s   t h e   d e s i r e d   a n d   e x e c u t e d   ( g r e e n )   t r a j e c t o r y   d u r i n g   t h e   p a t h .   T h e   r o b o t   u s e s   o d o m e t r y   t o   e s t i m a t e   i t s   p o s e   w h e n   n o   S C L   i s   a v a i l a b l e   ( r e d   d o t ) .   A s   a   c o n s e q u e n c e ,   d u r i n g   t h i s   p e r i o d   t h e   s t a t e   o f   t h e   r o b o t   i s   o n l y   p r o v i d e d   b y   t h e   e n c o d e r s   a n d   t h e r e   i s   a n   a c c u m u l a t i o n   o f   e r r o r s   p r o p o r t i o n a l   t o   t h e   d i s p l a c e m e n t .   H o w e v e r ,   w h e n   a   S C L   i s   a v a i l a b l e   t h e   s t a t e   o f   t h e   r o b o t   i s   u p d a t e d   a n d   t h e   m o v e m e n t   c o r r e c t e d   i n   o r d e r   t o   a c c o m p l i s h   - B - A   p a t h .   T h e   t o p   e n t s   t h e   X   c o o r d i n a t e s ,   t h e   m i d d l e   g r a p h   r e p r e s e n t s   t h e   Y   c o o r d i n a t e s   a n d   t h e   o n e   1 8 0 º   t o   1 8 0 º )   ( s e e   F i g u r e   6   f o r   g l o b a l   r e f e r e n c e   p o s i t i o n ) .   t i o n   e r r o r   d u r i n g   t h e   e n t i r e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                            T E L K O M N I K A     V o l .   1 0 ,   N o .   4 6 1 8 p a t h   b e c a u s e   t h e r e   i s   n o   i n d o o r   l o c a l i z a t i o n   s y s t e m   c a p a b l e   o f   p r o v i d i n g   a   r e l i a b l e   g r o u n d   t r u t h   w i t h   m o r e   a c c u r a c y   b e t t e r   t h a n   t h e   l o c a l i z a t i o n   s y s t e m   p r o p o s e d   b y   t h i s   r e s e a r c h .   H o w e v e r ,   t h e   i m p o r t a n t   r e s u l t   t h a t   t h i s   w o r k s   i n i n d o o r   e n v i r o n m e n t   w i t h   t h e   p r o p o s e d   l o c a l i z a t i o n   s y s t e m ,   e v e n   w i t h   o n l y   a   f e w   l a n d m a r k s   t o   u p d a t e   p o s e   e s t i m a t i o n .   A l l   t h e   t e s t s   w e r e   c o n d u c t e d   i n   a   r e a l i s t i c   s c e n a r i o   w h e r e   t h e   a u t o n o m o u s   w h e e l c h a i r   n a v i g a t e s   w i t h   a   h u m a n   a t   a n   i n d o o r   e n v i r o n m e n t .   T h e   r o b o t i c   p l a t f o r m   i s   h i g h l y   c o n d i t i o n e d   b y   o d o m e t r y   b e c a u s e   i t s   w h e e l s   a r e   f r o m   a n   o r d i n a r y   w h e e l c h a i r ,   w h i c h   c a u s e s   l a r g e   o d o m e t r y   e r r o r s   r e s u l t i n g   f r o m   t h e   l a c k   o f   b a l a n c e   i n   h u m a n   w e i g h t .   T h e r e f b e t t e r   r e s u l t s   a r e   e x p e c t e d   t o   o c c u r   w i t h   o t h e r   t y p e   o f   r o b o t s   ( s u c h   a s   A G V s ,   f o r   i n s t a n c e ) .     F i g u r e   8 .   T e m p o r a l   e v o l u t i o n   o f   t h e   r o b o t ' s   l o c a l i z a t i o n   u s i n g   E K F .     5 .   C o n c l u s i o n   T h i s   p a p e r   p r e s e n t s   a   p r e c i s e   a n d   r e l i a b l e   i n d o o r   l o c a l i z a t i o n   s y s t e m   t h a t   c a n   b e   u s e d   i n   b o t h   i n d u s t r i a l   a n d   d o m e s t i c ( c l u s t e r s   o f   h i g h   i n t e n s i t y   R G B   L E D s )   o n   t h e   c e i l i n g   u s e   i n f r a r e d   s i g n a l s   m o d u l a t e d   i n   f r e q u e n c y   t o   s y n c h r o n i z e   t h e   b l i n k i n g   o f   t h e i r   L E D s   w i t h   t h e   r o b o t s   c a m e r a   s h u t t e r .   T h i s s o u r c e s   o n   t h e   l o c a l i z a t i o n   s y s t e m .   I t   a l s o   p r e v e n t s   a n y   i n c o n v e n i e n c e   f o r   t h e   c o h a b i t a t e s   i n   t h e   e n v i r o n m e n L E D s   d o   n o t   a f f e c t   h u m a n   v i s i o n T h e   l o c a l i z a t i o n   m e t h a u t o n o m o u s   a n d   i n t e l l i g e n t   w h e e l c h a i r .   T h e   r e s u l t s   o b t a i n e d   b y   c o n c l u d e   t h a t   t h e   r o b o t   l o c a l i z a t i o e x p e c t e d   u s i n g   o t h e r   r o b o t i c   p l a t f o r m s u p p o r t ) . U s u a l l y   t h e   b i g g e s t   d i s a d v a n t a g e t h e   o r i g i n a l   e n v i r o n m e n t .   H o w e v e r   i n   e n v i r o n m e n t s   w h e r e   t h i s   c h a n g e   i s   t e c h n i q u e   i s   a   r o b u s t   a n d   r e a l i s t i c   a p p r o a c h   t o   b e   u s e d m o b i l e   r o b o t s .   I n   a d d i t i o n ,   t h e   l a n d m a r k   p r o p o s e d   b y   r e l i a b l e   l o c a l i z a t i o n   a n d   i t   i n c r e a s e t o   m a i n t a i n .   T h i s   h a p p e n s   b e c a u s e   t h e   s y s t e m i n   a l m o s t   e v e r y   i n d o o r   e n v i r o n m e n t   4 ,     D e c e m b e r   2 0 1 2   :     6 0 9     6 2 0   p a t h   b e c a u s e   t h e r e   i s   n o   i n d o o r   l o c a l i z a t i o n   s y s t e m   c a p a b l e   o f   p r o v i d i n g   a   r e l i a b l e   g r o u n d   t r u t h   w i t h   m o r e   a c c u r a c y   b e t t e r   t h a n   t h e   l o c a l i z a t i o n   s y s t e m   p r o p o s e d   b y   t h i s   r e s e a r c h .   H o w e v e r ,   t h e   i m p o r t a n t   r e s u l t   t h a t   t h i s   w o r k s   i n t e n d s   t o   d e m o n s t r a t e   i s   t h e   r o b o t s   a b i l i t y   t o   n a v i g a t e   i n   a n   i n d o o r   e n v i r o n m e n t   w i t h   t h e   p r o p o s e d   l o c a l i z a t i o n   s y s t e m ,   e v e n   w i t h   o n l y   a   f e w   l a n d m a r k s   t o   u p d a t e   p o s e   e s t i m a t i o n .   A l l   t h e   t e s t s   w e r e   c o n d u c t e d   i n   a   r e a l i s t i c   s c e n a r i o   w h e r e   t h e   l c h a i r   n a v i g a t e s   w i t h   a   h u m a n   a t   a n   i n d o o r   e n v i r o n m e n t .   T h e   r o b o t i c   p l a t f o r m   i s   h i g h l y   c o n d i t i o n e d   b y   o d o m e t r y   b e c a u s e   i t s   w h e e l s   a r e   f r o m   a n   o r d i n a r y   w h e e l c h a i r ,   w h i c h   c a u s e s   l a r g e   o d o m e t r y   e r r o r s   r e s u l t i n g   f r o m   t h e   l a c k   o f   b a l a n c e   i n   h u m a n   w e i g h t .   T h e r e f b e t t e r   r e s u l t s   a r e   e x p e c t e d   t o   o c c u r   w i t h   o t h e r   t y p e   o f   r o b o t s   ( s u c h   a s   A G V s ,   f o r   i n s t a n c e ) .   .   T e m p o r a l   e v o l u t i o n   o f   t h e   r o b o t ' s   l o c a l i z a t i o n   u s i n g   E K F . T h i s   p a p e r   p r e s e n t s   a   p r e c i s e   a n d   r e l i a b l e   i n d o o r   l o c a l i z a t i o n   s y s t e m   t h a t   c a n   b e   u s e d   d o m e s t i c   e n v i r o n m e n t s .   T h i s   m e t h o d   u s e s   i n n o v a t i v e   a r t i f i c i a l   l a n d m a r k s   e n s i t y   R G B   L E D s )   o n   t h e   c e i l i n g   w h i c h   c r e a t e   a   c o n s t e l l a t i o n u s e   i n f r a r e d   s i g n a l s   m o d u l a t e d   i n   f r e q u e n c y   t o   s y n c h r o n i z e   t h e   b l i n k i n g   o f   t h e i r   L E D s   w i t h   t h e   c a m e r a   s h u t t e r .   T h i s   s y n c h r o n i z a t i o n   r e d u c e s   t h e   i n f l u e n c e   o f   t h e   s y s t e m .   I t   a l s o   p r e v e n t s   a n y   i n c o n v e n i e n c e   f o r   t h e   i n   t h e   e n v i r o n m e n t   w h e r e   t h e   s y s t e m   i s   i n s t a l l e d   b e c a u s e   t h e   h i g h   i n t e n s i t y   R G B   h u m a n   v i s i o n   ( t h e   l i g h t   o f   t h e   S C L   i s   v e r y   s o f t   f o r   h u m a n s ) .   l o c a l i z a t i o n   m e t h o d   w a s   r i g o r o u s l y   t e s t e d   u s i n g   a   r e a l   r o b o t i c   p l a t f o r m ,   t h a t a u t o n o m o u s   a n d   i n t e l l i g e n t   w h e e l c h a i r .   T h e   r e s u l t s   o b t a i n e d   b y   t h e   m e t h o d   m a k e   i t   p o s s i b l e l o c a l i z a t i o n   a c h i e v e d   w a s   v e r y   a c c u r a t e   a n d   a   g r e a t e r   a c c u r a c y   o t h e r   r o b o t i c   p l a t f o r m s   ( r i g i d   s t r u c t u r e   w h i c h   l e a d s   t o   a   m o r e   s t a b l e   c a m e r a   b i g g e s t   d i s a d v a n t a g e   o f   u s i n g   a n   a r t i f i c i a l   l a n d m a r k   a p p r o a c h   i s   o w e v e r   i n   e n v i r o n m e n t s   w h e r e   t h i s   c h a n g e   i s   s o m e w h a t   t e c h n i q u e   i s   a   r o b u s t   a n d   r e a l i s t i c   a p p r o a c h   t o   b e   u s e d ,   f o r   i n s t a n c e   b y   a   m a s s i v e   p r o d u c t i o n   o f   I n   a d d i t i o n ,   t h e   l a n d m a r k   p r o p o s e d   b y   t h i s   r e s e a r c h   l e a d s   t o   a   v e r y   a c c u r a t e   a n d   i n c r e a s e s   t h e   f l e x i b i l i t y   o f   t h e   s y s t e m   b e c a u s e   i t   i s   e a s y   t o   i n s t a l l   a n d   .   T h i s   h a p p e n s   b e c a u s e   t h e   s y s t e m   u s e s   t h e   i n f r a s t r u c t u r e s   t h a t   a r e   i n   a l m o s t   e v e r y   i n d o o r   e n v i r o n m e n t .   I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   p a t h   b e c a u s e   t h e r e   i s   n o   i n d o o r   l o c a l i z a t i o n   s y s t e m   c a p a b l e   o f   p r o v i d i n g   a   r e l i a b l e   g r o u n d   t r u t h   w i t h   m o r e   a c c u r a c y   b e t t e r   t h a n   t h e   l o c a l i z a t i o n   s y s t e m   p r o p o s e d   b y   t h i s   r e s e a r c h .   H o w e v e r ,   t h e   t e n d s   t o   d e m o n s t r a t e   i s   t h e   r o b o t s   a b i l i t y   t o   n a v i g a t e   i n   a n   i n d o o r   e n v i r o n m e n t   w i t h   t h e   p r o p o s e d   l o c a l i z a t i o n   s y s t e m ,   e v e n   w i t h   o n l y   a   f e w   l a n d m a r k s   t o   u p d a t e   p o s e   e s t i m a t i o n .   A l l   t h e   t e s t s   w e r e   c o n d u c t e d   i n   a   r e a l i s t i c   s c e n a r i o   w h e r e   t h e   l c h a i r   n a v i g a t e s   w i t h   a   h u m a n   a t   a n   i n d o o r   e n v i r o n m e n t .   T h e   r o b o t i c   p l a t f o r m   i s   h i g h l y   c o n d i t i o n e d   b y   o d o m e t r y   b e c a u s e   i t s   w h e e l s   a r e   f r o m   a n   o r d i n a r y   w h e e l c h a i r ,   w h i c h   c a u s e s   l a r g e   o d o m e t r y   e r r o r s   r e s u l t i n g   f r o m   t h e   l a c k   o f   b a l a n c e   i n   h u m a n   w e i g h t .   T h e r e f o r e ,   b e t t e r   r e s u l t s   a r e   e x p e c t e d   t o   o c c u r   w i t h   o t h e r   t y p e   o f   r o b o t s   ( s u c h   a s   A G V s ,   f o r   i n s t a n c e ) .     .   T e m p o r a l   e v o l u t i o n   o f   t h e   r o b o t ' s   l o c a l i z a t i o n   u s i n g   E K F .   T h i s   p a p e r   p r e s e n t s   a   p r e c i s e   a n d   r e l i a b l e   i n d o o r   l o c a l i z a t i o n   s y s t e m   t h a t   c a n   b e   u s e d   a r t i f i c i a l   l a n d m a r k s   l l a t i o n .   T h e   l a n d m a r k s   u s e   i n f r a r e d   s i g n a l s   m o d u l a t e d   i n   f r e q u e n c y   t o   s y n c h r o n i z e   t h e   b l i n k i n g   o f   t h e i r   L E D s   w i t h   t h e   s y n c h r o n i z a t i o n   r e d u c e s   t h e   i n f l u e n c e   o f   t h e   e n v i r o n m e n t   l i g h t   s y s t e m .   I t   a l s o   p r e v e n t s   a n y   i n c o n v e n i e n c e   f o r   t h e   h u m a n   t h a t   b e c a u s e   t h e   h i g h   i n t e n s i t y   R G B   .     p l a t f o r m ,   t h a t   i s ,   a n   m a k e   i t   p o s s i b l e   t o   g r e a t e r   a c c u r a c y   i s   m o r e   s t a b l e   c a m e r a   a r t i f i c i a l   l a n d m a r k   a p p r o a c h   i s   c h a n g e s   i n   s o m e w h a t   s i m p l e ,   t h e   b y   a   m a s s i v e   p r o d u c t i o n   o f   l e a d s   t o   a   v e r y   a c c u r a t e   a n d   i s   e a s y   t o   i n s t a l l   a n d   u s e s   t h e   i n f r a s t r u c t u r e s   t h a t   a r e   a l r e a d y   p r e s e n t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.