Progettazione e Implementazione di un Sistema di Odometria Visiva Stereo: Navigazione Autonoma in Ambienti Marini Utilizzando ROS 2

Autonomous driving is a topic of growing interest, the possibility of operating a vehicle without human intervention represents one of the major challenges in the field of robotics and intelligent systems. This thesis is focused on the design, implementation and validation of a vision-based odometry system for an autonomous surface vessel based on a stereo camera. The project is motivated by the ambition of enabling low-cost autonomous navigation for local mobility in the Venetian Lagoon. In the first chapter are introduced the theoretical and technological basis regarding visual odometry, stereo vision, camera calibration, and fiducial markers, highlighting both theoretical principles and their practical implications in this application. In the following chapters the system is designed and implemented exposing hardware limitations caused by the use of a Raspberry Pi5 as main computing unit, performance constraints for autonomous navigation, and the particular challenges of the marine environment like the water reflection and low valid feature density secondarily is also present a focus on the design of a custom Fiducial Marker System. The thesis concludes with the analysis of test across different locations in the Venetian Lagoon with some consideration for future development.

La guida autonoma è un argomento sempre più di tendenza, la possibilità di far funzionare un veicolo senza l’intervento umano è attualmente una delle sfide più discusse nel campo della robotica e dei sistemi intelligenti. Questa tesi è incentrata sulla progettazione, implementazione e validazione di un sistema di odometria visiva per un’imbarcazione basato su una telecamera stereo. Il progetto vuole creare le basi per la realizzazione di un sistema di navigazione autonoma a basso costo, utilizzabile nella laguna di Venezia per la mobilità locale. Nel primo capitolo vengono introdotte le basi teoriche e tecnologiche riguardanti: odometria visuale, visione stereo, calibrazione delle telecamere e i marcatori fiduciali, evidenziando sia le basi teoriche che le loro conseguenze pratiche nel progetto. Nei capitoli successivi è illustra la progettazione e implementazione del sistema mettendo in evidenza le limitazioni hardware causate dall’uso di un Raspberry Pi5 come unità di calcolo principale, i vincoli prestazionali per la navigazione autonoma e le particolari sfide dell’ambiente marino come i riflessi sull’ acqua e la bassa densità di feature valide. Inoltre è presente un approfondimento sulla progettazione di un sistema di marcatori fiduciali su misura. La tesi si conclude con l’analisi dei test condotti in diverse zone della laguna veneta e illustrando alcune considerazioni per i possibili sviluppi futuri.