Estimación de la profundidad utilizando imágenes estereoscópicas

Abstract

In order to estimate the depth of the different objects in a scene, captured with a stereo camera system, in this thesis are presented the different stages of development of an algorithm for estimating the depth, using as a basic tool, a stereo system built from a pair of usb webcams, trying to resemble the characteristics of human stereoscopic system. Therefore, the process of building the stereo camera system used for this thesis is developed, and the main features of this, are mentioned. As part of the development stages of this estimation algorithm, the characteristics of the mathematical model of a conventional camera, known as Pin-Hole model, are analyzed. Also, this model is applied to a stereo system through a calibration process, in order to obtain characteristical information of this system, and with the intention to improve results in the depth estimation. With the calibration and with the information related to the stereo system's model, the implementation of a technique known as anaglyph images is proposed, with the intention of carrying out some adjustments to the Disparity – Depth model, in order to create a framework reference to facilitate the estimation of the depth, with the stereo system. It is also presented, an analysis and comparison between different methods to obtain correspondences between pixels based on the correlation, in order to obtain dense disparity maps. Different techniques are analyzed, with the intention of getting such disparity maps, techniques like the application of different color schemes such as RGB, HSV, or Grayscale, and the calculation and implementation of epipolar lines.

Con el objetivo de estimar la profundidad de los objetos en una escena a partir de un par de imágenes tomadas con un sistema estereoscópico de cámaras, en esta tesis se muestran las etapas de desarrollo de un algoritmo para la estimación de la profundidad, utilizando como herramienta básica, un sistema estereoscópico construido a partir de un par de cámaras web, tratando de asemejar las características del sistema estereoscópico humano. Partiendo de esto, se desarrolla el proceso de construcción del sistema estéreo de cámaras utilizado para esta tesis, y se mencionan sus características principales. Como parte de las etapas de desarrollo de este algoritmo de estimación, se analizan las características del modelo matemático de una cámara convencional, conocido como modelo Pin-Hole, y como dicho modelo es aplicado en un sistema de cámaras estéreo, a través de un proceso de calibración, con la finalidad de obtener información característica del sistema, y con la intención de mejorar los resultados de estimación de la distancia. Con el sistema de cámaras calibrado, se propone la implementación de una técnica conocida como imágenes anaglifo, con el objetivo de evaluar visualmente los resultados del proceso de calibración, y para llevar a cabo algunos ajustes al modelo de relación Disparidad-Profundidad, para crear un marco de referencia que facilite la estimación de la profundidad a partir de los pares de imágenes tomadas con el sistema. Se presenta también un análisis y comparación entre diferentes medidas de distancia basadas en la correlación para la búsqueda de correspondencia, y el cálculo de mapas de disparidad. Se analizan además, diferentes técnicas para mejorar los resultados en el cálculo de mapas de disparidad, tales como la implementación de líneas epipolares, y la aplicación de esquemas de color como RGB, HSV, y Escala de grises.