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Visione Stereo & Geometria Epipolare Gian Luca Mariottini WEB: http://www.dii.unisi.it/~gmar iottini E-mail:

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Page 1: Visione Stereo & Geometria Epipolare Gian Luca Mariottini WEB: gmariottini E-mail: gmariottini@dii.unisi.it

Visione Stereo & Geometria Epipolare

Gian Luca MariottiniWEB: http://www.dii.unisi.it/~gmariottiniE-mail: [email protected]

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“Visione Stereo & Geometria Epipolare” DII- A.A.02 -03

Stereo Vision (I)

E’ impossibile vedere come è impossibile estrapolare la struttura 3D della scena a partire da un’unica immagine.

Anche se la telecamera fosse calibrata, si può dedurre solamente il raggio sul quale giacciono le features nell’immagine (fig.basso a sx)

Stessa feature in 2 viste

Posizione 3D della feature

Stereo Vision

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Stereo Vision (II)

“Visione Stereo & Geometria Epipolare” DII- A.A.02 -03

Diversi aspetti importanti da curare:

1) Calibrazione della telecamera!

2) Come stabilire le corrispondenze tra le features nei piani immagine?

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Geometria Epipolare:introduzione

Due immagini prospettiche derivanti dall’osservazione di una stessa scena tridimensionale sono relazionate dalla

cosiddetta geometria epipolare.

La geometria epipolare:

- è indipendente dalla struttura della scena;

- dipende dalle matrici K delle due telecamere e dalla loro posizione relativa.

“Visione Stereo & Geometria Epipolare” DII- A.A.02 -03

La Matrice Fondamentale F descrive algebricamente tale geometria!

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Geometria Epipolare:definizioni (I)

BASELINE=linea congiungente i centri ottici delle due telecamere;

La geometria epipolare riguarda l’intersezione dei piani immagine con la famiglia dei piani aventi la baseline come

asse.

“Visione Stereo & Geometria Epipolare” DII- A.A.02 -03

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Geometria Epipolare:definizioni (II)

EPIPOLO=punto di intersezione della baseline con il piano immagine;

L’epipolo è anche la proiezione su una vista del centro della camera nell’altra vista.

“Visione Stereo & Geometria Epipolare” DII- A.A.02 -03

EPIPOLO->

PIANO EPIPOLARE=E’ il piano contenente la baseline.

Esiste una famiglia di piani epipolari (ad 1 d.o.f.)

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Geometria Epipolare:definizioni (II)

LINEA EPIPOLARE=E’ l’intersezione di un piano epipolare con il piano immagine.

Tutte le linee epipolari si intersecano nell’ epipolo. Un piano epipolare interseca il piano immagine sinistro e destro nelle linee epipolari, definendo la corrisipondenza tra linee.

“Visione Stereo & Geometria Epipolare” DII- A.A.02 -03

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Geometria Epipolare:definizioni (III)

PUNTI CORRISPONDENTI=Due punti u e u’ ottenuti come proiezione di un medesimo punto 3D X.

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La Matrice Fondamentale (I)

La matrice fondamentale F è la rappresentazione algebrica della geometria epipolare

“Visione Stereo & Geometria Epipolare” DII- A.A.02 -03

Ad un punto x in un’immagine (proiezione del punto X ) esiste una linea corrispondente l’nell’altra immagine.

Ciascun punto x’ nella seconda immagine corrispondente a x,deve giacere sulla linea l’.E’ possibile quindi trovare una mappatura….

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La Matrice Essenziale (I)

La matrice fondamentale F esprime tale mappatura!

“Visione Stereo & Geometria Epipolare” DII- A.A.02 -03

La linea epipolare vincola la ricerca del punto corrispondente da una regionead una linea.

Se si sta osservando un punto xin una vista, allora x’ dovrà gia_cere sulla linea epipolare

Espressione Matem.x Linea Epip.

…continua...

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La Matrice Essenziale (II)

“Visione Stereo & Geometria Epipolare” DII- A.A.02 -03

E è una matrice 3x3 nota come matrice essenzialeÈ ancora valida per i raggi p:

VINCOLO EPIPOLARE :

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Vincolo di coplanarità:matrice E

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Si ottiene la stessa matrice essenziale!!

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Matrice Essenziale ed epipoli

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Tale relazione rappresenta il vincolo che la distanza tra il puntoX’c e la linea epipolare Exc è nulla.

…e facendo il prodotto vettoriale con t si ottiene:

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Matrice Fondamentale:rays 2 pixels(I)

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Fino ad ora è stato assunto che le telecamere fossero CALIBRATE! Cosa accade se non si conosce la calibrazione?

Relazione tra pixels e raggi:

Si definisce la matrice C come segue:

Così da scrivere:

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Matrice Fondamentale:rays 2 pixels(II)

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Il vincolo epipolare diventa:

F è una matrice 3x3 detta Matrice Fondamentale

F ha solo 7 gradi di libertà!!''

'

'

'

xFlx

PP

Fxlx

PP FF

T

T

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Esempi di Geometria Epipolare

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Punti nella prima immagine Linee nella seconda immagine

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Esempi di Geometria Epipolare

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Esempi di Geometria Epipolare

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Stima della F dalle corrispondenze(I)

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Ogni corrsipondenza genera un vincolo su F

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Stima della F dalle corrispondenze(II)

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A meno di un fattore di scala, date 8 corrispondenze F puòessere stimata (METODI LINEARI E NoN LINEARI)

Non si è usato il vincolo che det(F)=0 !

Se le corrisipondenze “rumorose”

detF 0 -> le linee epipolari non si incontrano nel medesimo punto