A DOE based method for the metrological characterization of a stereo camera

Active stereo cameras have gained a relevant role in the reconstruction of 3-D scenes in many fields: from industrial automation to rehabilitative applications. However, in literature only few papers lead a quantitative treatment about stereo cameras from the metrological point of view. For this reason, the present work is aimed to fill this gap, introducing some innovative methods to lead an extended data analysis and to draw useful conclusions about the measurement error of a stereo camera. In this work we will test the Intel Realsense D400 stereo camera by means of a full factorial experiment, then an in depth data analysis will be performed in order to obtain a characterization of the systematic error of this device and some useful informations about the interactions occurring among factors. This approach will allow to build a robust model of the error, i.e. a model able to characterize the measurement instrument performances and the sensitivity of the response variable throughout a certain operational range. We will make an extensive use of the DOE technique to lead a data analysis able to deal with a large amount of influence factors, and will introduce some new concepts in order to deal with a some acquisitions that otherwise would prevent the analysis to converge towards a good model fitting. This work is not bounded to the specific device under analysis, but it can virtually applied to all those stereo cameras equipped with a flexible parameters change system.

Le telecamere stereo hanno acquisito un ruolo rilevante nella ricostruzione di scene tridimensionali in molti campi: dall'automazione industriale alle applicazioni riabilitative. Tuttavia, in letteratura solo pochi articoli conducono una trattazione quantitativa sulle telecamere stereo dal punto di vista metrologico. Per questo motivo tale lavoro è finalizzato a colmare questa lacuna, introducendo alcuni metodi innovativi per condurre un'analisi statistica dei dati e trarre utili conclusioni riguardo all'errore di misurazione di una telecamera stereo. In questo lavoro testeremo la telecamera Intel Realsense D400 per mezzo di un esperimento fattoriale, quindi verrà eseguita un'analisi approfondita dei dati al fine di ottenere una caratterizzazione dell'errore sistematico di questo dispositivo e alcune utili informazioni sulle interazioni tra i vari fattori. Questo approccio consentirà di costruire un modello dell'errore robusto, ovvero un modello in grado di caratterizzare sia le prestazioni dello strumento di misura che la sensibilità della variabile di risposta in determinate condizioni operative. Faremo un ampio uso della tecnica del design di esperimenti per condurre un'analisi dei dati in grado di gestire una grande quantità di variabilii di influenza e introdurremo alcuni nuovi concetti al fine di gestire alcune acquisizioni che altrimenti impedirebbero all'analisi di convergere verso un buon fitting dei dati. Questo lavoro non è vincolato allo specifico dispositivo sotto analisi, ma può virtualmente essere applicato a tutte quelle telecamere stereo dotate di un sistema di modifica dei parametri rapido e flessibile.