Puesta en marcha de sistema multicámara para seguimiento de objetos en movimiento

Abstract

Este documento describe el proceso de la puesta en marcha desde cero de un sistema multicámara real y la calibración de este. De forma abreviada, se instalará un sistema compuesto por cuatro cámaras que deberán tomar imágenes de forma lo más sincronizada posible y, utilizando distintos algoritmos, se estima rán una serie de parámetros asociados a ellas: los relacionados a las características de fabricación propias de cada cámara, llamados parámetros intrínsecos, y la posición y rotación relativa entre las mismas, llamados parámetros extrínsecos. El proyecto empieza con el montaje en el laboratorio. Esto implica la construcción de la estructura donde se colocarán las cámaras, además de los elementos de sujeción de estas y de los focos que las acompañan. Dichos elementos se han diseñado específicamente para esta finalidad y se componen de rótulas unidas a piezas cortadas a láser para dotar al sistema multicámara de libertad de movimiento y orientación. Una vez montado, se estudia el conexionado, tanto de la alimentación de todos los dispositivos como de la comunicación de las cámaras con el ordenador. Asimismo, respecto a esto último, también es preciso la instalación en el ordenador de lo necesario para el reconocimiento de las cámaras junto con un análisis sobre la velocidad de dicha conexión y si esta es suficiente para el uso del sistema en el seguimiento de objetos en movimiento, donde es imprescindible una alta tasa de transferencia de imágenes. A continuación, se procede a la estimación de parámetros. Este proceso se conoce como calibración y se lleva a cabo a lo largo del proyecto con tres algoritmos distintos, los cuales se basan en la calibración fotogramétrica. Dicha calibración consiste en la toma de imágenes de un patrón cuya geometría se conoce. Concretamente, se usan un patrón de ajedrez, un patrón aleatorio y un patrón de punto y, adecuando los algoritmos a las necesidades del proyecto, se analizarán los resultados obtenidos. No obstante, para llevar a cabo el proceso de calibración es necesario que las cámaras tomen las fotos en el mismo momento, es decir, de forma sincronizada. Por tanto, previamente se experimenta con distintas formas de aplicar dicha sincronización y se estudia si los resultados son satisfactorios para este propósito. Todo esto es lo necesario para que, posteriormente, el sistema pueda ser utilizado en el reconocimiento de diversos objetos y su localización tridimensional en interiores a través de la toma de fotos con dichas cámaras, por lo que debe tener la mayor precisión posible.

This document describes the process of setting up a real multi-camera system from scratch and calibra- ting it. In short, a system composed of four cameras will be installed to take images as synchronized as possible and, using different algorithms, a series of parameters associated with them will be estimated: those related to the manufacturing characteristics of each camera, called intrinsic parameters, and the position and relative rotation between them, called extrinsic parameters. The project starts with the assembly in the laboratory. This involves the construction of the structure where the chambers will be placed, as well as the elements to hold the chambers and the accompanying spotlights. These elements have been specifically designed for this purpose and consist of ball joints attached to laser- cut parts to give the multi-camera system freedom of movement and orientation. Once assembled, the wiring is studied, both for the power supply of all the devices and for the communi- cation of the cameras with the computer. Likewise, regarding the latter, it is also necessary to install in the computer what is necessary for the recognition of the cameras together with an analysis of the speed of this connection and whether it is sufficient for the use of the system in the tracking of moving objects, where a high transfer of images is essential. The next step is the parameters estimation. This process is known as calibration and is carried out th- roughout the project with three different algorithms, which are based on photogrammetric calibration. This calibration consists of taking images of a pattern whose geometry is known. Specifically, a chess pattern, a random pattern and a point pattern are used and, adapting the algorithms to the needs of the project, the results obtained will be analyzed. However, in order to carry out the calibration process it is necessary that the cameras take the pictures at the same time, that is, synchronously. Therefore, different ways of applying such synchronization will be experimented beforehand and it will be studied if the results are satisfactory for this purpose. All this is necessary so that the system can later be used in the recognition of various objects and their three-dimensional location indoors by taking photos with these cameras, so it must be as accurate as possible.