Sviluppo e qualificazione di un sistema di visione per la ricostruzione tridimensionale di oggetti

The purpose of this thesis is the development and qualification of a vision system for the tridimensional reconstruction of objects using only two photographs. Analyzing the existing methods of reconstruction, I opted for a solution based on the identification in the images of the significant points that were used as the basis for the search of correspondences between the two images. After the calibration of the acquisition system and after the development of the triangulation method based on the correspondences, the first results were obtained as 3D point clouds. So I have implemented several algorithms that have improved the results while still providing a reasonable timeframe for the calculation. From these algorithms I have developed a program called RECON3D, which, along with a digital camera and a mini-projector battery powered, is a portable, easy to use three-dimensional reconstruction system and it doesn't require additional calibrations. In addition, the results were compared with the algorithms found in the literature, with one of the best reconstruction algorithms and with an existing commercial software. Moreover the obtained reconstructions have been tested geometrically and dimensionally showing how the accuracy and robustness of the obtained results are such that permit to use RECON3D in engineering environment. Due to the flexibility of the program RECON3D, it was possible to modify the software to make it able to analyze even more pairs of photographs taken around the object and so to achieve a more complete 3D model.

Lo scopo di questo lavoro di tesi è lo sviluppo e la qualificazione di un sistema di visione per la ricostruzione di oggetti utilizzando come supporto esclusivamente due fotografie di quest’ultimo. Analizzando i metodi esistenti di ricostruzione si è optato per una soluzione basata sull’identificazione dei punti notevoli nelle fotografie che sono stati poi utilizzati come base per la ricerca delle corrispondenze tra le due immagini. Una volta compiuta la calibrazione del sistema di acquisizione e sviluppato il metodo di triangolazione delle corrispondenze trovate si sono ricavati i primi risultati come nuvole di punti 3D. Quindi sono stati implementati vari algoritmi che hanno permesso di migliorare notevolmente i risultati garantendo comunque una tempistica di calcolo ragionevole. Da questi algoritmi è stato sviluppato un programma chiamato RECON3D che, insieme ad una macchina fotografica digitale e ad un mini-proiettore a batteria, costituisce un sistema di ricostruzione tridimensionale portatile, di facile utilizzo e che non necessita di ulteriori calibrazioni. Inoltre sono stati confrontati i risultati con gli algoritmi presenti in letteratura, con uno dei migliori algoritmi di ricostruzione esistenti e con un software commerciale, nonché sono stati verificati geometricamente e dimensionalmente i modelli tridimensionali ottenuti dimostrando come l’accuratezza e la robustezza dei risultati siano tali da permetterne un utilizzo anche ingegneristico. Grazie alla flessibilità del programma RECON3D è stato anche possibile modificarlo in modo da renderlo capace di analizzare anche più coppie di fotografie scattate intorno all’oggetto così da realizzarne un modello 3D più completo.