TartanAir: Himpunan data simulasi AirSim untuk pelokalan dan pemetaan berkelanjutan (SLAM)

SLAM adalah salah satu kemampuan paling mendasar yang diperlukan untuk robot. Karena ketersediaan citra di mana-mana, Visual SLAM (V-SLAM) telah menjadi komponen penting dari banyak sistem otonomi. Kemajuan yang mengesankan telah dibuat dengan metode berbasis geometris dan metode berbasis pembelajaran. Namun, mengembangkan metode SLAM yang kuat dan andal untuk aplikasi dunia nyata masih menjadi masalah yang menantang. Lingkungan kehidupan nyata penuh dengan kasus-kasus sulit seperti adegan perubahan cahaya atau kurangnya penyinaran, objek dinamis, dan tanpa tekstur. Himpunan data ini memanfaatkan teknologi grafis komputer yang maju, dan bertujuan untuk mencakup beragam skenario dengan fitur yang menantang dalam simulasi.

Data dikumpulkan di lingkungan simulasi foto-realistis yang menggambarkan berbagai kondisi cahaya, cuaca, dan benda bergerak. Dengan mengumpulkan data dalam simulasi, kita dapat memperoleh data sensor multi-modal dan label kebenaran dasar yang tepat, termasuk gambar RGB stereo, gambar kedalaman, segmentasi, alur optik, dan pose kamera. Kita menyiapkan sejumlah besar lingkungan dengan berbagai gaya dan adegan, yang mencakup sudut pandang yang menantang dan pola gerakan yang beragam, yang sulit dicapai dengan menggunakan platform pengumpulan data fisik. Empat fitur terpenting dari himpunan data kita adalah: 1) Data realistis yang beragam dan berukuran besar; 2) Label kebenaran dasar multi-modal; 3) Keragaman pola gerak; 4) Adegan yang Menantang.

Himpunan data ini menyediakan lima jenis data:

• Gambar stereo: jenis gambar (PNG)
• File kedalaman: jenis numpy (NPY)
• File Segmentasi: jenis numpy (NPY)
• File alur optik: jenis numpy (NPY)
• File pose kamera: jenis teks (TXT)

Data ini dikumpulkan dari lingkungan yang berbeda, berisi total ratusan lintasan (3 TB) per 2019.

Efek visual yang menantang

Dalam beberapa simulasi, Himpunan data mensimulasikan beberapa jenis efek visual yang menantang.

• Kondisi pencahayaan keras. Pergantian siang-malam. Pencahayaan rendah. Penyinaran yang berubah dengan cepat.
• Efek cuaca. Cerah, hujan, bersalju, berangin, dan berkabut.
• Perubahan musiman.

Lokasi penyimpanan

Himpunan data ini disimpan di wilayah Azure US Timur. Disarankan untuk mengalokasikan sumber daya komputasi di US Timur untuk afinitas.

Syarat lisensi

Proyek ini dirilis di bawah Lisensi MIT. Tinjau File lisensi untuk detail selengkapnya.

Informasi Tambahan

Lihat situs web resmi TartanAir atau lihat makalah penelitian asli.

Kirim email ke tartanair@hotmail.com jika Anda memiliki pertanyaan tentang sumber data. Anda juga dapat menghubungi kontributor pada GitHub terkait.

Kutipan rincian teknis selengkapnya tersedia di Makalah AirSim (Konferensi FSR 2017). Kutip ini sebagai:

@article{tartanair2020arxiv,
  title =   {TartanAir: A Dataset to Push the Limits of Visual SLAM},
  author =  {Wenshan Wang, Delong Zhu, Xiangwei Wang, Yaoyu Hu, Yuheng Qiu, Chen Wang, Yafei Hu, Ashish Kapoor, Sebastian Scherer},
  journal = {arXiv preprint arXiv:2003.14338},
  year =    {2020}, 
  url = {https://arxiv.org/abs/2003.14338}
}

@inproceedings{airsim2017fsr,
  author = {Shital Shah and Debadeepta Dey and Chris Lovett and Ashish Kapoor},
  title = {AirSim: High-Fidelity Visual and Physical Simulation for Autonomous Vehicles},
  year = {2017},
  booktitle = {Field and Service Robotics},
  eprint = {arXiv:1705.05065},
  url = {https://arxiv.org/abs/1705.05065}
}

Akses data

Gunakan contoh kode berikut untuk mengakses data dalam buku catatan Python.

Dependensi

pip install numpy
pip install azure-storage-blob
pip install opencv-python

Klien kontainer dan impor

from azure.storage.blob import ContainerClient
import numpy as np
import io
import cv2
import time
import matplotlib.pyplot as plt
%matplotlib inline

# Dataset website: http://theairlab.org/tartanair-dataset/
account_url = 'https://tartanair.blob.core.windows.net/'
container_name = 'tartanair-release1'

container_client = ContainerClient(account_url=account_url, 
                                 container_name=container_name,
                                 credential=None)

Lingkungan dan lintasan

def get_environment_list():
    '''
    List all the environments shown in the root directory
    '''
    env_gen = container_client.walk_blobs()
    envlist = []
    for env in env_gen:
        envlist.append(env.name)
    return envlist

def get_trajectory_list(envname, easy_hard = 'Easy'):
    '''
    List all the trajectory folders, which is named as 'P0XX'
    '''
    assert(easy_hard=='Easy' or easy_hard=='Hard')
    traj_gen = container_client.walk_blobs(name_starts_with=envname + '/' + easy_hard+'/')
    trajlist = []
    for traj in traj_gen:
        trajname = traj.name
        trajname_split = trajname.split('/')
        trajname_split = [tt for tt in trajname_split if len(tt)>0]
        if trajname_split[-1][0] == 'P':
            trajlist.append(trajname)
    return trajlist

def _list_blobs_in_folder(folder_name):
    """
    List all blobs in a virtual folder in an Azure blob container
    """
    
    files = []
    generator = container_client.list_blobs(name_starts_with=folder_name)
    for blob in generator:
        files.append(blob.name)
    return files

def get_image_list(trajdir, left_right = 'left'):
    assert(left_right == 'left' or left_right == 'right')
    files = _list_blobs_in_folder(trajdir + '/image_' + left_right + '/')
    files = [fn for fn in files if fn.endswith('.png')]
    return files

def get_depth_list(trajdir, left_right = 'left'):
    assert(left_right == 'left' or left_right == 'right')
    files = _list_blobs_in_folder(trajdir + '/depth_' + left_right + '/')
    files = [fn for fn in files if fn.endswith('.npy')]
    return files

def get_flow_list(trajdir, ):
    files = _list_blobs_in_folder(trajdir + '/flow/')
    files = [fn for fn in files if fn.endswith('flow.npy')]
    return files

def get_flow_mask_list(trajdir, ):
    files = _list_blobs_in_folder(trajdir + '/flow/')
    files = [fn for fn in files if fn.endswith('mask.npy')]
    return files

def get_posefile(trajdir, left_right = 'left'):
    assert(left_right == 'left' or left_right == 'right')
    return trajdir + '/pose_' + left_right + '.txt'

def get_seg_list(trajdir, left_right = 'left'):
    assert(left_right == 'left' or left_right == 'right')
    files = _list_blobs_in_folder(trajdir + '/seg_' + left_right + '/')
    files = [fn for fn in files if fn.endswith('.npy')]
    return files

Membuat daftar lingkungan

envlist = get_environment_list()
print('Find {} environments..'.format(len(envlist)))
print(envlist)

Mencantumkan lintasan 'Mudah' di lingkungan pertama

diff_level = 'Easy'
env_ind = 0
trajlist = get_trajectory_list(envlist[env_ind], easy_hard = diff_level)
print('Find {} trajectories in {}'.format(len(trajlist), envlist[env_ind]+diff_level))
print(trajlist)

Mencantumkan semua file data dalam satu lintasan

traj_ind = 1
traj_dir = trajlist[traj_ind]

left_img_list = get_image_list(traj_dir, left_right = 'left')
print('Find {} left images in {}'.format(len(left_img_list), traj_dir))  

right_img_list = get_image_list(traj_dir, left_right = 'right')
print('Find {} right images in {}'.format(len(right_img_list), traj_dir))

left_depth_list = get_depth_list(traj_dir, left_right = 'left')
print('Find {} left depth files in {}'.format(len(left_depth_list), traj_dir))

right_depth_list = get_depth_list(traj_dir, left_right = 'right')
print('Find {} right depth files in {}'.format(len(right_depth_list), traj_dir))

left_seg_list = get_seg_list(traj_dir, left_right = 'left')
print('Find {} left segmentation files in {}'.format(len(left_seg_list), traj_dir))

right_seg_list = get_seg_list(traj_dir, left_right = 'left')
print('Find {} right segmentation files in {}'.format(len(right_seg_list), traj_dir))

flow_list = get_flow_list(traj_dir)
print('Find {} flow files in {}'.format(len(flow_list), traj_dir)) 

flow_mask_list = get_flow_mask_list(traj_dir)
print('Find {} flow mask files in {}'.format(len(flow_mask_list), traj_dir)) 

left_pose_file = get_posefile(traj_dir, left_right = 'left')
print('Left pose file: {}'.format(left_pose_file))

right_pose_file = get_posefile(traj_dir, left_right = 'right')
print('Right pose file: {}'.format(right_pose_file))

Fungsi pengunduhan data

def read_numpy_file(numpy_file,):
    '''
    return a numpy array given the file path
    '''
    bc = container_client.get_blob_client(blob=numpy_file)
    data = bc.download_blob()
    ee = io.BytesIO(data.content_as_bytes())
    ff = np.load(ee)
    return ff


def read_image_file(image_file,):
    '''
    return a uint8 numpy array given the file path  
    '''
    bc = container_client.get_blob_client(blob=image_file)
    data = bc.download_blob()
    ee = io.BytesIO(data.content_as_bytes())
    img=cv2.imdecode(np.asarray(bytearray(ee.read()),dtype=np.uint8), cv2.IMREAD_COLOR)
    im_rgb = img[:, :, [2, 1, 0]] # BGR2RGB
    return im_rgb

Fungsi visualisasi data

def depth2vis(depth, maxthresh = 50):
    depthvis = np.clip(depth,0,maxthresh)
    depthvis = depthvis/maxthresh*255
    depthvis = depthvis.astype(np.uint8)
    depthvis = np.tile(depthvis.reshape(depthvis.shape+(1,)), (1,1,3))

    return depthvis

def seg2vis(segnp):
    colors = [(205, 92, 92), (0, 255, 0), (199, 21, 133), (32, 178, 170), (233, 150, 122), (0, 0, 255), (128, 0, 0), (255, 0, 0), (255, 0, 255), (176, 196, 222), (139, 0, 139), (102, 205, 170), (128, 0, 128), (0, 255, 255), (0, 255, 255), (127, 255, 212), (222, 184, 135), (128, 128, 0), (255, 99, 71), (0, 128, 0), (218, 165, 32), (100, 149, 237), (30, 144, 255), (255, 0, 255), (112, 128, 144), (72, 61, 139), (165, 42, 42), (0, 128, 128), (255, 255, 0), (255, 182, 193), (107, 142, 35), (0, 0, 128), (135, 206, 235), (128, 0, 0), (0, 0, 255), (160, 82, 45), (0, 128, 128), (128, 128, 0), (25, 25, 112), (255, 215, 0), (154, 205, 50), (205, 133, 63), (255, 140, 0), (220, 20, 60), (255, 20, 147), (95, 158, 160), (138, 43, 226), (127, 255, 0), (123, 104, 238), (255, 160, 122), (92, 205, 92),]
    segvis = np.zeros(segnp.shape+(3,), dtype=np.uint8)

    for k in range(256):
        mask = segnp==k
        colorind = k % len(colors)
        if np.sum(mask)>0:
            segvis[mask,:] = colors[colorind]

    return segvis

def _calculate_angle_distance_from_du_dv(du, dv, flagDegree=False):
    a = np.arctan2( dv, du )

    angleShift = np.pi

    if ( True == flagDegree ):
        a = a / np.pi * 180
        angleShift = 180
        # print("Convert angle from radian to degree as demanded by the input file.")

    d = np.sqrt( du * du + dv * dv )

    return a, d, angleShift

def flow2vis(flownp, maxF=500.0, n=8, mask=None, hueMax=179, angShift=0.0): 
    """
    Show a optical flow field as the KITTI dataset does.
    Some parts of this function is the transform of the original MATLAB code flow_to_color.m.
    """

    ang, mag, _ = _calculate_angle_distance_from_du_dv( flownp[:, :, 0], flownp[:, :, 1], flagDegree=False )

    # Use Hue, Saturation, Value colour model 
    hsv = np.zeros( ( ang.shape[0], ang.shape[1], 3 ) , dtype=np.float32)

    am = ang < 0
    ang[am] = ang[am] + np.pi * 2

    hsv[ :, :, 0 ] = np.remainder( ( ang + angShift ) / (2*np.pi), 1 )
    hsv[ :, :, 1 ] = mag / maxF * n
    hsv[ :, :, 2 ] = (n - hsv[:, :, 1])/n

    hsv[:, :, 0] = np.clip( hsv[:, :, 0], 0, 1 ) * hueMax
    hsv[:, :, 1:3] = np.clip( hsv[:, :, 1:3], 0, 1 ) * 255
    hsv = hsv.astype(np.uint8)

    rgb = cv2.cvtColor(hsv, cv2.COLOR_HSV2RGB)

    if ( mask is not None ):
        mask = mask > 0
        rgb[mask] = np.array([0, 0 ,0], dtype=np.uint8)

    return rgb

Mengunduh dan memvisualisasikan

data_ind = 173 # randomly select one frame (data_ind < TRAJ_LEN)

left_img = read_image_file(left_img_list[data_ind])
right_img = read_image_file(right_img_list[data_ind])

# Visualize the left and right RGB images
plt.figure(figsize=(12, 5))
plt.subplot(121)
plt.imshow(left_img)
plt.title('Left Image')
plt.subplot(122)
plt.imshow(right_img)
plt.title('Right Image')
plt.show()

# Visualize the left and right depth files
left_depth = read_numpy_file(left_depth_list[data_ind])
left_depth_vis = depth2vis(left_depth)

right_depth = read_numpy_file(right_depth_list[data_ind])
right_depth_vis = depth2vis(right_depth)

plt.figure(figsize=(12, 5))
plt.subplot(121)
plt.imshow(left_depth_vis)
plt.title('Left Depth')
plt.subplot(122)
plt.imshow(right_depth_vis)
plt.title('Right Depth')
plt.show()

# Visualize the left and right segmentation files
left_seg = read_numpy_file(left_seg_list[data_ind])
left_seg_vis = seg2vis(left_seg)

right_seg = read_numpy_file(right_seg_list[data_ind])
right_seg_vis = seg2vis(right_seg)

plt.figure(figsize=(12, 5))
plt.subplot(121)
plt.imshow(left_seg_vis)
plt.title('Left Segmentation')
plt.subplot(122)
plt.imshow(right_seg_vis)
plt.title('Right Segmentation')
plt.show()

# Visualize the flow and mask files

flow = read_numpy_file(flow_list[data_ind])
flow_vis = flow2vis(flow)

flow_mask = read_numpy_file(flow_mask_list[data_ind])
flow_vis_w_mask = flow2vis(flow, mask = flow_mask)

plt.figure(figsize=(12, 5))
plt.subplot(121)
plt.imshow(flow_vis)
plt.title('Optical Flow')
plt.subplot(122)
plt.imshow(flow_vis_w_mask)
plt.title('Optical Flow w/ Mask')
plt.show()

Langkah berikutnya

Lihat himpunan data lainnya di katalog Open Datasets.