Το πρόβλημα με το οποίο ασχολείται η παρούσα εργασία είναι αυτό της εύρεσης αντιστοιχίσεων σημείων ανάμεσα σε διαφορετικές όψεις τρισδιάστατων σκηνών. Το συγκεκριμένο πρόβλημα είναι θεμελιώδες στο χώρο της μηχανικής όρασης καθώς στην επίλυσή του βασίζονται ένας σημαντικός αριθμός από εφαρμογές, όπως η βαθμονόμηση καμερών (camera callibration), η αναγνώριση αντικειμένων (recognition), η εξαγωγή της τρισδιάστατης πληροφορίας του χώρου (reconstruction) καθώς και η δημιουργία μωσαϊκών από ακολουθίες εικόνων. Επίσης, εφαρμογές του προβλήματος της αντιστοίχισης συναντάμε όλο και περισσότερο τα τελευταία χρόνια στο χώρο της δημιουργίας νέων σκηνών από διαφορετικές οπτικές γωνίες (view synthesis, image based rendering). Διαφορετικές προσεγγίσεις στο συγκεκριμένο πρόβλημα χρησιμοποιούν φωτομετρική πληροφορία, περιορισμούς στη γεωμετρία των καμερών, αλλά και περιορισμούς που τίθενται από την γεωμετρία της σκηνής. Ένα μειονέκτημα των παραπάνω μεθόδων, ιδιαίτερα των δύο πρώτων κατηγοριών είναι ότι στηρίζονται σε υποθέσεις όπως ότι η φωτεινότητα των εικόνων δεν μεταβάλλεται σημαντικά ή ότι οι θέσεις και οι σχέσεις (π.χ. εγγύτητα, παραλληλία) των χαρακτηριστικών που περιέχουν παραμένουν σε μεγάλο βαθμό αναλλοίωτες. Τέτοιες προϋποθέσεις όμως περιορίζουν την εφαρμογή αυτών των αλγορίθμων σε κοντινές μεταξύ τους εικόνες όπου δηλαδή οι συνθήκες λήψης (π.χ. απόσταση οπτικών κέντρων, γωνία λήψης) δε διαφέρουν σημαντικά. Στην παρούσα εργασία προτείνεται η λύση του προβλήματος της αντιστοίχισης χαρακτηριστικών ανάμεσα σε διαφορετικές όψεις μιας 3Δ σκηνής, μέσω δύο αλγορίθμων εκ των οποίων ο ένας χρησιμοποιεί τη γεωμετρία των καμερών, ενώ ο δεύτερος τη γεωμετρία της σκηνής. Οι μέθοδοι που παρουσιάζονται ανήκουν στην γενικότερη κατηγορία τεχνικών μη βαθμονομημένης όρασης και χρησιμοποιούν ως βασικό τους εργαλείο την προβολική γεωμετρία του χώρου, η οποία περιγράφει σαφώς τη διαδικασία σχηματισμού εικόνων ενώ παράλληλα καθιστά μη απαραίτητη τη χρήση βαθμονομημένων καμερών. Επίσης, μας παρέχει τα απαραίτητα εργαλεία για την αξιόπιστη λύση του προβλήματος ακόμα και σε περιπτώσεις όπου οι συνθήκες λήψης των εικόνων (απόσταση, γωνία) έχουν μεταβληθεί σημαντικά. Οι προτεινόμενοι αλγόριθμοι εφαρμόστηκαν σε σκηνές εσωτερικών χώρων όπου φαίνεται η καλή τους λειτουργία σε σχέση με άλλες συγγενικές μεθόδους. Τέλος, προτείνονται κάποιες επεκτάσεις οι οποίες θα συντελέσουν στην ακόμα πιο αξιόπιστη συμπεριφορά τους, καθώς και δυνατές εφαρμογές τους στα πλαίσια μελλοντικής εργασίας.
(EL)
In this thesis we address the problem of establishing feature correspondences between different views of a 3D scene. It is well known that this is one of the fundamental problems in computer vision since a lot of applications like camera callibration, recognition, scene reconstruction, view synthesis and others, depend on its solution. Existing methods exploit photometric constaints, the geometry of the camera or the geometry of the scene to come up with a solution to this problem. The major disadvantage in most of such methods is that their undelying assumptions are valid only in the case of images that are acquired from similar viewpoints (e.g. images that are acquired by a stereoscopic configuration). We propose two new methods for the problem of establishing point correspondences between different views. The first method exploits the geometry of the stereoscopic camera configuration while the second exploits constraints imposed by the geometry of the imaged scene. Both methods belong to the general class of uncalibrated vision techniques and their main advantage is that they can be used in scenes where the viewing conditions have been changed significantly dewring their capture. The methods were tested on a variety of indoor scenes and their performance was compared with the performance of two existing techniques. The experimental results show the effectiveness of the proposed methods. Finally, we discuss potential applications of the proposed methods and we propose extensions of this work.
(EN)
