Pré Processamento

4.2 Pré Processamento

As imagens utilizadas pelos computadores são capturadas por outros dispositivos, como câmeras fotográficas, e portanto estão passíveis a erros na captura e posterior representação digital (TRENTINI et al., 2010).

Tendo em vista o maior desempenho possível nas fases de processamento de imagens, uma fase de pré-processamento deve ser realizada antes do início da correspondência. Essa fase é responsável por efetuar correções de distorções geométricas quais foram geradas no momento da captura (GYAOUROVA et al., 2003; TRENTINI et al., 2010). Essas correções serão feitas pelo processo de retificação das imagens, discutido de forma detalhada mais adiante.

A fase de pré-processamento da imagem pode ser considerada como uma fase preparatória para o processo de correspondência e construção do mapa de disparidades. Dessa forma, logo após a captura da imagem de entrada (a qual trata-se de um quadro de vídeo), são realizados alguns tratamentos com o objetivo de deixá-la pronta para ser processada pelas fases seguintes.

Primeiramente é feita a conversão da imagem do sistema de cores RGB para escala de cinza. Esse processo é necessário pois os algoritmos de correspondência estéreo assumem uma imagem nessa condição. Em seguida, o modelo da câmera utilizada é submetida a um processo de calibração que tem como argumentos de saída as matrizes de conversão (matriz essencial e matriz fundamental) entre as câmeras, tornando então possível o relacionamento entre os pontos das imagens das câmeras (BRADSKI; KAEHLER, 2008). O processo de calibração estéreo é descrito na subseção 4.2.1.

Logo após a conversão e o processo de calibração, é aplicado um algoritmo de retificação, que tem por objetivo garantir que ambas as imagens estejam alinhadas horizontalmente, certificando-se de que todas as linhas epipolares da imagem estejam alinhadas. Esse processo auxilia no desempenho dos algoritmos de correspondência. O processo de retificação é descrito na subseção 4.2.2.

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4.2.1 Calibração Estéreo

Conforme já discutido na seção 2, é necessário construir as matrizes essencial e fundamental do sistema estéreo para que seja possível mapear os pontos de uma imagem na outra. Para isso, deve-se então realizar uma fase de calibração do sistema estéreo.

Para a realização da calibração, deve-se passar as coordenadas de pontos em cada imagem os quais, mesmo sem saber qualquer informação a priori, sabe-se que representam o mesmo objeto na cena estéreo. Para a fácil e correta identificação desses pontos, é interessante que a cena possua uma imagem que contenha pontos que sejam de fácil identificação, com o objetivo de conseguir relacionar esses pontos na perspectiva de cada câmera (BRADSKI; KAEHLER, 2008).

Tendo isso em vista, a imagem utilizada para calibração é apresentada na Figura 16. Trata-se de um tabuleiro de xadrez composto de 7 linhas, 10 colunas e com quadrados de 2.5cm. Essas medidas são importantes pois facilitam a busca pelos pontos realizada durante o processo de calibração.

50 Na Figura 17 é mostrado o padrão de imagens utilizado para calibração e os pontos detectados. O conjunto de pontos que possuem a mesma cor nos pares de imagens são tratados como sendo o mapeamento de uma imagem na outra. Para os testes efetuados, foram utilizados 38 pares de imagens, variando-se sempre a posição, profundidade e perspectiva do tabuleiro.

Figura 17: Pontos detectados para a calibração estéreo.

Em posse do conjunto de pontos detectados, e das matrizes para conversão dos pontos entre as imagens, é possível identificar algumas linhas epipolares e o algoritmo calcula então a matriz essencial e fundamental do sistema estéreo, permitindo-se assim o mapeamento dos objetos da cena e a correspondência dos pontos de forma correta (TRUCCO; VERRI, 1998; BRADSKI; KAEHLER, 2008). Para cada conjunto de pontos, o algoritmo efetua as operações matemáticas descritas ao longo da subseção 2.1 e, de forma iterativa, e estimando um erro ao longo do processo, calcula as estruturas necessárias para identificar e relacionar os pontos entre as duas imagens estéreo.

Na subseção Calibração do Apêndice é descrita a função utilizada para efetuar a calibração e um trecho de código que ilustra seu uso.

51 Como forma de evitar erros matemáticas causados por grandes distorções geométricas no sistema estéreo e visando uma interoperabilidade com relação ao ambiente nos parâmetros calculados pelo processo de calibração, o suporte no qual a câmera está disposto na Figura 15 é fixo, e pode ser visualizado de forma separada na Figura 18.

Figura 18: Suporte para as câmeras utilizado para captura das imagens.

4.2.2 Retificação Estéreo

Conforme discutido na seção anterior, o processo de calibração calcula as matrizes essencial e fundamental do sistema estéreo. Em posse dessas matrizes, é possível efetuar um mapeamento dos pontos de uma determinada imagem na outra. O processo de retificação consiste de finalmente efetuar esse mapeamento.

O processo de retificação tem por objetivo então, aplicar as matrizes calculadas durante o processo de calibração, de forma que todas as linhas epipolares das imagens fiquem geometricamente alinhadas, ou seja, o processo de retificação garante que a todas as linhas da imagem esquerda e direita possua os mesmos pontos visíveis na cena.

52 Dessa forma, ao final do processo de retificação, são criadas duas novas imagens, agora retificadas, conforme pode ser visualizado na Figura 7 (subseção 2.2.2).

Apesar de parecer simples, o processo de retificação é importante pois, de fato, faz com que os pontos das imagens fiquem alinhados horizontalmente. Dessa forma, a única diferença entre os pontos das imagens está com relação à distância relativa ao longo do eixo x e é exatamente essa diferença que compõe a disparidade.

Vale ressaltar que é primordial que as câmeras do sistema estéreo estejam previamente posicionadas o mais alinhadas possível horizontalmente e fixadas em conjunto, almejando-se sempre o alinhamento exibido na Figura 3, pois dessa forma a calibração, e então a retificação, ficarão sujeitas a menores distorções geométricas (BRADSKI; KAEHLER, 2008). Com a configuração do sistema estéreo conforme a Figura 18, em que as duas imagens estão fixadas, esse requisito é garanti do pois, qualquer alteração no posicionamento das câmeras ocorrerá de forma igual para as duas.