Utvrđivanje pozicije kamere

Da bismo utvrdili svoju poziciju na površini Zemlje, možemo da koristimo klasične metode (kompas, geografska karta, posmatranje nebeskih tela...) ili nove tehnologije. Posle satelitske, najnovija mogućnost za navigaciju naziva se „foto-pozicioniranje” i bazira se na ideji upoređivanja fotografija neke lokacije sa specijalno profilisanom bazom podataka trodimenzionalnih modela konkretnih objekata.

Ceo sistem se zasniva na radu programa PhotoBuilder koji od fotografija zgrada i ulica automatski formira 3D objekte, a ostatak sistema je sastavljen od različitih tehnologija: baza podataka, GSM mreže mobilne telefonije, specijalne verzije PhotoBuildera itd. Prednosti ovog sistema su u tome što može da radi u gusto naseljenim urbanim sredinama gde visoke građevine zaklanjaju signale GPS satelita i u tome što obezbeđuje preciznost u granicama od jednog metra.

1. Originalna fotografija koju je poslao korisnik; 2. Analiza slike za utvrđivanje horizontale; 3. Okretanje fotografije u horizontalu; 4. Određivanje ključnih tačaka i analiza

Nedostaci ovog sistema su u tome što velike promene izgleda okruženja „zbunjuju” softver, na primer na otvorenom prostoru u prirodi, i što neko mora prethodno da detaljno fotografiše prostor za koji je zamišljeno da bude pokriven ovom navigacijom. Iz ovoga se može zaključiti da je sistem pre svega podoban za gradske sredine, a prvi od tih projekata će biti primenjen na centar Kembridža u Engleskoj.

Odgovor na pitanje zašto baš Kembridž leži u tome što su kreatori programa PhotoBuilder profesori Roberto Kipola i Dankan Robertson sa Univerziteta Kembridž, koji su na bazi njegovih mogućnosti napravili projekat za njegovu primenu u praksi - sistem za foto-navigaciju.

Mobilni kao turistički vodič

PhotoBuilder od fotografija objekta pravi 3D VRML model koji se može posmatrati iz browsera

Operateri GSM mreža mobilne telefonije su ključna karika u primeni ovog sistema, u kojem bi korisnik za malu sumu novca s kredita poslao ka serveru fotografiju neke ulice ili zgrade koju je načinio uz pomoć fotoaparata na mobilnom telefonu, a zatim bi nazad dobio informacije o tome gde se nalazi i kuda treba da ide da bi stigao na svoje odredište. Uputstva bi stizala u vidu glasovne poruke s automata ili putem SMS-a. Ovo je zaista uzbudljiva ideja koja bi mogla biti ostvarena kao neka vrsta personalnog vodiča turistima koji dolaze u nepoznat grad.

Kada fotografija pristigne na server, novi program koji je razvijen na bazi PhotoBuildera upoređuje je sa 3D modelima u bazi koji su napravljeni uz pomoć PhotoBuildera, određuje lokaciju i šalje poruku, a ostatak sistema mobilne telefonije se brine o skidanju iznosa sa kredita itd.

Foto-pozicioniranje, pored preciznosti od jednog metra, daje i mogućnost da se odredi na koju stranu sveta gleda korisnik. Zbog toga je ovaj sistem sposoban da daje vrlo precizna uputstva, nešto poput sledećeg: „Upravo gledate u katedralu, skrenite levo i idite pravo 200 metara da biste stigli do muzeja”. Takođe, korisnici bi jednostavno mogli da pošalju fotografiju sistemu kako bi dobili više informacija o bilo kom objektu - neka vrsta turističkog vodiča budućnosti.

Mogući profit

Fotografiju pristiglu s mobilnog telefona ovaj program analizira određujući horizontalne ili vertikalne linije koje sadrže objekti. U sledećem koraku softver prema potrebi deformiše sliku, čineći da ove identifikovane horizontalne linije na slici budu horizontalne u odnosu na realnu horizontalnu liniju, a zatim se identifikuju ključne tačke objekta na slici (uglovi prozora, vrata, zgrada, trotoara), što se koristi u procesu upoređivanja sa slikama u bazi 3D modela. Osim ovoga, sistem iz fotografije izvlači i druge informacije kao što su boja materijala prethodno identifikovanih uglova, njegova tekstura, boja i tekstura fasade itd. Prilikom pretrage baze 3D modela sistem koristi i podatak o položaju bazne stanice s koje je stigao signal i, na kraju, koristeći izračunate razlike između pristigle fotografije i modela u bazi, izračunava tačan položaj mesta na kom je fotografija snimljena i poslata.

Algoritmi koje su ova dva profesora posebno razvila ovom programu daju dovoljno inteligencije da obavi uspešno upoređivanje fotografija, čak i ako su snimljene pri različitim otežavajućim uslovima: tokom dana ili noći, zalaska ili izlaska sunca, uz uticaj gradskog osvetljenja, pešaka na trotoaru, automobila i drugih vozila u pokretu i slično. Ostvarenje efikasnosti prepoznavanja i neutralisanje pomenutih otežavajućih faktora za računare je generalno težak zadatak, u poređenju s ljudskim mogućnostima na ovom polju.

Ovaj sistem je razvijen i treba za sada da pokrije centar Kembridža, mada je još uvek nejasno u kojoj meri bi on mogao naći širu komercijalnu primenu. Operatere mobilne telefonije pre svega interesuje zarada, tako da je njihovo glavno pitanje koliko mogu da naplate uslugu i da li bi dovoljan broj ljudi bio zainteresovan za nju.

PhotoBuilder

Sistem foto-pozicioniranja ima svoje korene u projektu za izgradnju realističnih 3D modela na osnovu najmanje dve fotografije realnih arhitektonskih scena i pretočen je u softver pod imenom PhotoBuilder. Program je sposoban da konstruiše trodimenzionalni model objekta, analizirajući fotografije načinjene iz proizvoljnih uglova. Ovaj proces podrazumeva četiri koraka: kalibraciju fotoaparata, njegov položaj i orijentaciju, rekonstrukciju i poboljšanje modela.

Prvi korak koji podrazumeva kalibraciju fotoaparata znači određivanje njegovih internih parametara kao što su žižna daljina objektiva, rezolucija itd. Podaci se mogu povlačiti iz baze podataka o različitim tipovima fotoaparata ili se mogu dobiti analizom fotografije. U drugom koraku određivanja pozicije fotoaparata koristi se markiranje dva uočljiva detalja na najmanje dve fotografije istog objekta, pri čemu se povlačenjem pravih i geometrijskom analizom određuje mesto njihovog ukrštanja, što je i pozicija kamere. U trećem koraku program konstruiše trodimenzionalni mrežasti model fotografisanog objekta, dodajući stranicama modela teksturu koja je uzeta sa fotografije. U četvrtom koraku se analizira dobijeni model kroz upoređivanje s originalnom fotografijom, radi otkrivanja većih grešaka koje mogu biti ispravljene automatski ili ručno. Gotove objekte PhotoBuilder eksportuje u vidu VRML fajlova koji se mogu pregledati u Web pretraživaču sa instaliranim VRML plug-inom.

Izvorni kôd programa, kao i njegova binarna verzija u vidu EXE fajla uskoro će biti dostupni besplatno svima koji su zainteresovani za njegovu primenu i dalji razvoj. Precizni uslovi još uvek nisu poznati.

Ova tehnologija otvara brojne mogućnosti primene, recimo za brzu gradnju virtuelnih modela poznatih gradova u svetu, koji bi bili postavljeni na javno dostupnom serveru na Internetu, pa bi svako iz svog doma mogao da prošeta Parizom ili Londonom.