Desarrollo de software para reconstrucción estéreo 3D

Abstract

[ES] En misiones de exploración espacial, y en especial, en la reentrada de vehículos espaciales, la presencia de temperaturas extremadamente altas hace necesario el uso de sistemas te protección térmica. Estos materiales se degradan por lo que es muy importante medir la recesión. Para ello, hay que reproducir el fenómeno en instalaciones como el túnel de viento de plasma del VKI: Plasmatron. Actualmente, se usa un método óptico tomando fotos con una cámara de alta velocidad desde una vista lateral, perpendicular a la muestra. Sin embargo, este método solo permite reconstrucciones cuasi-2D del objeto. En este proyecto se ha desarrollado software de código abierto para la reconstrucción 3D de objetos a partir de las imágenes tomadas por 2 cámaras (fotogrametría). Se ha programado en Python haciendo uso de la librería de visión por ordenador OpenCV, con programación orientada a objetos y con el objetivo de que sea sencillo de utilizar para el usuario. Se han implementado dos métodos: uno que requiere la calibración de las cámaras usando un patrón y otro en el que no se requiere. Además, se ha estudiado la influencia de los distintos parámetros de los modelos en la calidad de los resultados, con aplicación a las muestras utilizadas en el Plasmatron (estudio de sensibilidad). Con el proyecto, se han comprendido mejor las limitaciones de los dos métodos implementados. También se ha entendido la influencia de los parámetros del modelo en la reconstrucción, además de otros factores como la posición de las cámaras. Para ello, el estudio de sensibilidad ha sido fundamental. Para el futuro, se deberá seguir mejorando el código, mejorando el proceso de calibración y es necesario llevar a cabo nuevos tests en el Plasmatron que ayuden al desarrollo del código.

[EN] In space exploring missions and, in particular, in the atmosphere entry of spacecrafts, the presence of extremely high temperatures makes essential the use of thermal protection systems. These materials degrade, so it is very important to measure its recession. Therefore, it is needed to reproduce this phenomenon in ground facilities like the plasma wind tunnel in the von Karman Institute for Fluid Dynamics (VKI): the Plasmatron. At the moment, it is used an optical method which is based in taking photos with a high-speed camera from the side view, perpendicular to the sample. However, this method only allows to make quasi-2D reconstructions of the object. In this project, it has been developed open-source software to perform the 3D reconstruction of objects from the photos taken by two cameras (stereo photogrammetry). It has been programmed in Python using the computer vision library OpenCV, with an object-orientated framework and with the objective that the program is easy to use for the final user. Two methods have been implemented: one requires the calibration of the cameras with a pattern while the other does not require this. Furthermore, it has been studied the influence of the different parameters of the models in the accuracy of the results, with application to the samples which are used in the Plasmatron (sensitivity analysis). With the project, it has been understood better the limitations of the implemented methods. Moreover, it has been seen and quantified the influence of the parameters of the model in the reconstruction, as well as other factors such as the position of the cameras. To achieve this, the sensitivity analysis has been fundamental. For the future, it is needed to continue developing the code, improving the calibration process and it is important to perform new tests in the Plasmatron which will help in the development of the code.