Advances in 3D reconstruction

La tesi affronta il problema della ricostruzione di scene tridimensionali a partire da insiemi non strutturati di fotografie delle stesse. Lo stato dell'arte viene avanzato su diversi fronti: il primo contributo consiste in una formulazione robusta del problema di struttura e moto basata su di un approccio gerarchico, contrariamente a quello sequenziale prevalente in letteratura. Questa metodologia abbatte di un ordine di grandezza il costo computazionale complessivo, risulta inerentemente parallelizzabile, minimizza il progressivo accumulo degli errori e elimina la cruciale dipendenza dalla scelta della coppia di viste iniziale comune a tutte le formulazioni concorrenti. Un secondo contributo consiste nello sviluppo di una nuova procedura di autocalibrazione, particolarmente robusta e adatta al contesto del problema di moto e struttura. La soluzione proposta consiste in una procedura in forma chiusa per il recupero del piano all'infinito data una stima dei parametri intrinseci di almeno due camere. Questo metodo viene utilizzato per la ricerca esaustiva dei parametri interni, il cui spazio di ricerca Š strutturalmente limitato dalla finitezza dei dispositivi di acquisizione. Si Š indagato infine come visualizzare in maniera efficiente e gradevole i risultati di ricostruzione ottenuti: a tale scopo sono stati sviluppati algoritmi per il calcolo della disparit… stereo e procedure per la visualizzazione delle ricostruzione come insiemi di piani tessiturati automaticamente estratti, ottenendo una rappresentazione fedele, compatta e semanticamente significativa. Ogni risultato Š stato corredato da una validazione sperimentale rigorosa, con verifiche sia qualitative che quantitative.The thesis tackles the problem of 3D reconstruction of scenes from unstructured picture datasets. State of the art is advanced on several aspects: the first contribute consists in a robust formulation of the structure and motion problem based on a hierarchical approach, as opposed to the sequential one prevalent in literature. This methodology reduces the total computational complexity by one order of magnitude, is inherently parallelizable, minimizes the error accumulation causing drift and eliminates the crucial dependency from the choice of the initial couple of views which is common to all competing approaches. A second contribute consists in the discovery of a novel slef-calibration procedure, very robust and tailored to the structure and motion task. The proposed solution is a closed-form procedure for the recovery of the plane at infinity given a rough estimate of focal parameters of at least two cameras. This method is employed for the exaustive search of internal parameters, whise space is inherently bounded from the finiteness of acquisition devices. Finally, we inevstigated how to visualize in a efficient and compelling way the obtained reconstruction results: to this effect several algorithms for the computation of stereo disparity are presented. Along with procedures for the automatic extraction of support planes, they have been employed to obtain a faithful, compact and semantically significant representation of the scene as a collection of textured planes, eventually augmented by depth information encoded in relief maps. Every result has been verified by a rigorous experimental validation, comprising both qualitative and quantitative comparisons