An optical flow approach to stereoscopic 3D reconstruction

The main idea behind this work is to analyze the actual tools able to perform a 3D reconstruction of an object using stereoscopic images. Computer vision is a field that every day is becoming more and more related to all phases of industrial production, from the concept design to the quality control stage. Image analysis has been studied for several years, but only in recent years has it begun to be utilized more and more, thanks to increasingly more powerful computer and the affordable prices of such good hardware. This approach to production has all the main characteristics desired by companies and researchers all over the world: low investment resources, fast installation and flexible use, and reliable measures. On the other hand, the applications in the real productive world are still too few and it is still commonly thought that the results obtained are not so reliable. This work considers all aspects of the performance of one computer vision tool, 3D reconstruction: beginning with the system qualification and then passing to a comparison between the main known and used approaches. Further, a non-canonic approach is implemented and tested over a series of different cases, demonstrating brilliant results accompanied by very short computational time. The proposed method is based on Optical Flow analysis, which studies the brightness motion inside two time-subsequent frames, where relative motion occurs between the camera and the visualized object. Considering the second camera of the stereoscopic system as the first one translated in the space is like having the same conditions, but for a different application: stereoscopic 3D reconstruction.

L’idea principale che sta dietro questo lavoro è l’analisi dei moderni metodi in grado di effettuare una ricostruzione 3D di un oggetto partendo da fotografie stereoscopiche. Il settore di studio su Computer Vision ha progressivamente maggiore influenza e nuove applicazioni nel campo dell’industria, partendo da un progetto concettuale fino ad arrivare alle fasi del controllo di qualità. L’analisi d’immagini è un argomento studiato da diversi anni, ma solo di recente, grazie ai computer sempre più potenti al diminuire del costo di questo hardware, è utilizzato sempre più. Questo approccio ha tutte le caratteristiche desiderate sia dal settore industriale che dai ricercatori: modesti capitali, installazione facile e veloce, uso flessibile e affidabilità dei risultati. D’altro canto però la disseminazione di questo approccio nelle applicazioni del mondo industriale stenta ancora ad affermarsi per la diffidenza legata al pregiudizio che queste misure non siano poi tanto affidabili, parte di questo pregiudizio è dovuta anche alla mancanza di prove documentate e certe dell’incertezza associata alla misura. Il metodo scelto, tra i vari studiati dalla Computer Vision, è la ricostruzione di modelli tridimensionali tramite l’analisi di immagini stereoscopiche. L’analisi parte dalla qualificazione del sistema stereoscopico, passando da un confronto tra tutte le tecniche più note e più utilizzate per la ricostruzione 3D. Inoltre è stato applicato un approccio non tradizionale con risultati eccellenti sia dal punto di vista della qualità che del costo computazionale. Il metodo proposto è basato sull’analisi del flusso ottico- optical flow- che studia il movimento della luminosità all’interno di due o più sequenze temporali di un video, dove un movimento relativo tra la camera e l’oggetto è registrato. Considerando la seconda camera del sistema stereoscopico come se fosse la prima, come traslata nello spazio, si ottengono le medesime condizioni con una diversa applicazione: la ricostruzione 3D stereoscopica.