Calibrazione di telecamere per sistemi di visione stereoscopica : confronto tra algoritmi genetici e tecniche tradizionali

In numerosi ambiti applicativi di ricerca e industriali esiste la necessità di effettuare misure di posizione e spostamento di punti caratteristici del misurando, ponendo particolare attenzione alla minimizzazione degli effetti di carico. Tale problematica è stata affrontata sviluppando un sistema di misura ottico stereoscopico che consente di effettuare misure statiche e dinamiche delle coordinate tridimensionali di alcuni punti notevoli del misurando. Nella definizione delle specifiche è stata data particolare attenzione alla necessità della Galleria del Vento del Politecnico di Milano di effettuare misure dinamiche senza contatto, in modo da non disturbare la vena fluida del vento. Le specifiche sono quindi dettate da questa particolare applicazione, anche se in realtà si è voluto realizzare un sistema di misura che potesse essere utilizzato in un’ampia varietà di ambiti applicativi, con diverse condizioni e volumi di lavoro e diverse situazioni d’illuminazione. Al fine di minimizzare l’incertezza di misura sono state affrontate in dettaglio le problematiche legate alla taratura dello strumento. Essa si compone di due parti fondamentali: la calibrazione delle telecamere e la loro registrazione. Una parte rilevante di questo lavoro è stata dedicata all’analisi e confronto di alcuni metodi basati sugli algoritmi genetici e di una tecnica contenuta nella libreria commerciale per la visione artificiale HALCON, sviluppata da MVTec, con lo scopo di verificare se essi potessero rappresentare un approccio migliore al problema della calibrazione rispetto al metodo di Zhang, ottimizzato con una particolare formulazione dell’algoritmo di Levenberg-Marquardt. Un’adeguata calibrazione delle telecamere non rappresenta la sola condizione per il corretto funzionamento del sistema di misura. Un altro aspetto rilevante è costituito dalla procedura di registrazione di più moduli d’acquisizione. Infatti, in alcune applicazioni, in cui ad esempio il misurando è grande o presenta elevate curvature, può essere necessario l’utilizzo di più strumenti. È importante che la registrazione di più moduli di acquisizione non introduca incertezze sensibili nelle misure, diminuendo l’accuratezza dell’intero sistema. È stato quindi sviluppato un algoritmo di registrazione basato sulla decomposizione ai valori singolari (SVD), che è stato validato da una serie di prove atte a quantificare l’incertezza introdotta da tale tecnica. Nella seconda parte della tesi invece si è sviluppato lo strumento di misura stereoscopico. Esso è gestito mediante un pacchetto software interamente implementato in questo lavoro di tesi. L’intero sistema è stato sottoposto a verifica metrologica ed è stato utilizzato per una campagna di prove sperimentali presso la Galleria del Vento del Politecnico di Milano, in cui è stato studiato il comportamento dinamico del modello di una struttura studiata per aumentare la stabilità di uno dei palazzi della nuova area CityLife di Milano, soggetto a condizioni di vento controllate.