Estudio de un sistema para la obtención de imágenes con información de distancias en tiempo real

  1. Cristina Domínguez Conde
Supervised by:
  1. Fernando Luis Rosa González
  2. Jonas Philipp Lüke

Defence university: Universidad de La Laguna

Year of defence: 2016

Department:
  1. Ingeniería Industrial

Type: Thesis

Teseo: 404367

Abstract

En los últimos años, se han producido grandes avances en las técnicas de generación de escenas 3D por ordenador, pero también en la forma de capturar la realidad que nos rodea y la representación de la misma. Algunos de estos avances, se han producido en la captura y en el procesado de los light fields. El light field es una función de cuatro dimensiones que recoge la intensidad de los rayos de luz que atraviesan el espacio vacío en cada punto del mismo, que se puede capturar mediante dispositivos diseñados expresamente para ello. La información contenida en el light field puede ser procesada para obtener suficiente información 3D sobre las escenas capturadas como para poder representarlas posteriormente. La obtención del gradiente 4D es uno de los métodos de procesado que permiten extraer información 3D a partir del light field para la recuperación posterior de la escena. Teniendo en cuenta que la captura de un light field es una versión muestreada de una función continua, deben ser utilizadas técnicas de derivación numéricas. Los resultados del gradiente pueden ser utilizados como base para obtener la información sobre la escena, tras su procesado. En esta tesis doctoral se aborda el problema de la extracción de imágenes con información de distancia en tiempo real. Para ello, nos centraremos en los operadores locales basados en la derivada, que permiten detectar patrones de textura lineales, que son los que se forman en el light field que se genera a partir de una escena con suficiente textura. Con el fin de conseguirlo, se proponen dos diseños basados en FPGAs, dispositivos con lógica reconfigurable que permiten el prototipado y la creación de hardware específico, además de la ejecución de operaciones en paralelo, reduciendo los tiempos de ejecución. Se analiza la influencia del flujo de entrada de datos a los respectivos diseños, en las velocidades de cálculo y, por tanto, en la posibilidad de conseguir un frame rate que se considere tiempo real. A las ventajas intrínsecas de la implementación de algoritmos en FPGA, añadiremos las ventajas del uso de los sistemas híbridos hardware-software, surgidos recientemente, que permiten una mayor facilidad de uso de los periféricos necesarios para la implementación y testeo de los diseños propuestos. Finalmente, se realizan pruebas, para determinar las velocidades de cómputo alcanzables y los recursos lógicos empleados. También se analizan distintos escenarios en los que los métodos locales basados en la derivada fallan y se comprueba el efecto del uso de aritmética de punto fijo en los resultados obtenidos, lo que permite acotar los ámbitos de aplicación de los sistemas propuestos.