Análisis, estimación y corrección de la distorsión de lentes en imágenes y vídeos. Aplicaciones en visión por ordenador

Resumo

Las lentes de las cámaras fotográficas, especialmente las lentes tipo gran angular o zoom, sufren de un problema de distorsión óptica que se manifiesta principalmente en la deformación de las líneas rectas que aparecen en la imagen resultante de la captura como líneas distorsionadas. En esta tesis doctoral, se aborda el estudio de este fenómeno de distorsión óptica que resulta con frecuencia necesario corregir, bien por motivos puramente estéticos, o bien como parte de la resolución de problemas de Visión por Ordenador que requieren del uso de imágenes con la distorsión óptica corregida. En este trabajo, se estudia el modelado de este fenómeno de distorsión óptica de las lentes y se proponen nuevas técnicas para estimar automáticamente dichos modelos. La hipótesis fundamental de la que partimos es que en la escena 3D hay visibles líneas rectas (al menos una) que se proyectan en la imagen en forma de líneas distorsionadas. En este tipo de escenarios, se propone en primer lugar una nueva técnica para estimar la posición en la imagen de estas líneas distorsionadas usando una transformada extendida de Hough que permite obtener modelos de distorsión de un parámetro. Posteriormente, este modelo se perfecciona incorporando modelos de 2 parámetros mediante un proceso de optimización no-lineal. Estudiamos matemáticamente dichos modelos analizando las condiciones para que generen una transformación invertible. Aplicamos estas nuevas técnicas a un cierto número de problemas de Visión por Ordenador como la corrección de la distorsión en imágenes y vídeos, la calibración de cámaras y el estudio cinemático del movimiento de jugadores en un escenario deportivo. En este trabajo presentamos una amplia variedad de experimentos en patrones de calibración e imágenes reales, los cuales muestran la flexibilidad y precisión de las técnicas propuestas.