Design and calibration of a multi-view, multi-illumination imaging system

This thesis consists in the design of a multi-camera, multi-illumination imaging system. This system allows to capture images simultaneously from multiple cameras and the image acquisition process is facilitated by the Python graphic user interface (GUI) that manages lights and cameras. The lighting system features two types of light: white LEDs and infrared LEDs. The use of different wavelengths can be useful according to the conditions and the purpose of the test. The software-guided LEDs help the image acquisition process since they can be controlled by the user according to the need. This can reduce some of the negative effects that can show up in computer vision measurement, such as reflections or low contrast in images. The system has been designed to acquire images from distances above two meters when the cameras are mounted on the internal hexagon of the structure, while with the external hexagon, it can work above three meters of distance. The experimentations’ part performed has been focused on the analysis of the calibration of the system by looking at some of the main parameters such as the mean reprojection error and the extrinsic parameters of the cameras. The analysis of the image acquisition process has been carried out by comparing two different software: Matlab and Halcon and three different calibrator patterns. An important focus in the design of the system is the accuracy and the repeatability of the system regarding the calibration process, so a wide dataset has been collected to cover all the possible configurations in which the system could be.

Questa tesi riguarda la progettazione di un sistema di imaging multicamera, multi-illuminazione. Questo sistema consente di acquisire immagini contemporaneamente da multiple telecamere; il processo di acquisizione delle immagini è facilitato dall’interfaccia grafica Python che controlla le luci e le camere. Il sistema di illuminazione può fornire due tipi di luce differenti: LED a luce bianca o a luce infrarossa. L’uso di diverse lunghezze d’onda può essere utile a seconda delle condizioni e dello scopo degli esperimenti. I LED guidati via software contribuiscono al processo di acquisizione dell'immagine dato che possono essere controllati e direzionati dall’utente e questo può ridurre alcuni degli effetti negativi che possono manifestarsi nelle misurazioni di computer vision, come riflessi o basso contrasto nelle immagini. Il sistema è stato progettato per acquisire immagini da distanze superiori a due metri quando le fotocamere sono montate sull'esagono interno della struttura, mentre con l'esagono esterno può funzionare a distanze superiori a tre metri. La parte sperimentale è stata focalizzata sull'analisi della calibrazione del sistema guardando ad alcuni dei parametri principali come l'errore medio di riproiezione e i parametri estrinseci delle telecamere. L'analisi del processo di acquisizione delle immagini è stata effettuata confrontando due diversi software: Matlab e Halcon e tre diversi calibratori. Un aspetto fondamentale nella progettazione del sistema è l'accuratezza e la ripetibilità del sistema per quanto riguarda la calibrazione; pertanto, è stato raccolto un ampio dataset al fine di coprire tutte le possibili configurazioni in cui il sistema potrebbe trovarsi.