Título del Proyecto: Medición de distancias reales en una escena

Título del Proyecto: Medición de distancias reales en una escena 3D a partir de una
fotografía y objetos de referencia.
Tutor: Luis Álvarez León
Descripción General: La medición del espacio que nos rodea es una de las tareas más
necesaria y tediosa a la que se enfrenta la humanidad desde hace siglos. Hoy en día,
gracias a las nuevas tecnologías de la información, la gestión y tratamiento de imagen
nos permiten observar los espacios a medir de manera digital, sin necesidad de estar
presente en ellos. En este proyecto pretendemos desarrollar un software que permita a
un usuario final calcular medidas en espacios de tres dimensiones a partir de imágenes
en dos dimensiones del mismo por medio de puntos de referencia que son tomados en la
imagen. Por ejemplo, si tenemos una fotografía de una habitación y conocemos el
tamaño de las baldosas del suelo, utilizando dicha información podemos extrapolar para
estimar otras medidas en la habitación como la distancia que hay entre 2 muebles, etc..
Como es lógico, en este tipo de aplicación, se hará hincapié en conseguir la mayor
precisión posible, para ello será necesario hacer uso de técnicas de detección de
contornos y manejo de escalas de la imagen (zoom). Este tipo de aplicación podría ser
de interés en diversos campos como lo son la robótica (cálculo de distancias, en función
de lo que ve), la arquitectura (medición de áreas de construcción), etc…
Objetivos del proyecto: El objetivo principal del proyecto es diseñar e implementar un
software para calcular distancias reales en una escena 3D a partir de una fotografía,
tomando como referencia el tamaño de objetos presentes en la escena, como por
ejemplo, una baldosa. Para alcanzar este objetivo, tendremos que ir abordando
diferentes cuestiones como son: el análisis de requisitos del software, su diseño, así
como la introducción de diversos algoritmos de tratamiento de imágenes para manejar
aspectos como la detección de contornos con alta precisión, el cálculo de homografías
con el fin de conocer las diferentes perspectivas presentes en la fotografía de la escena
3D. El hecho de que la interfaz sea amigable y efectiva, se obtendrá a partir de la
realización de un diseño que incluya herramientas de zoom que permitan señalar con
precisión los puntos de referencia. También se realizará un esfuerzo importante para que
el uso del software sea lo más intuitivo posible, minimizando el número de “clicks”
necesarios para ejecutar una acción.
Metodología: Para las etapas de análisis y desarrollo se hará uso de las herramientas
aprendidas en ingeniería del software. En cuanto al análisis, lo enfocaremos en un
entorno orientado a objetos con UML, el cual comprende las etapas de análisis de
requisitos de usuario, análisis de requisitos de software, diseño de la plataforma y
diseño de la aplicación. Mientras que en la etapa de desarrollo nos basaremos en un
ciclo de vida en espiral consistente en las actividades de determinación de objetivos,
alternativas y restricciones, análisis de alternativas e identificación o resolución de
riesgos, desarrollo del producto del siguiente nivel y, por último, planificación de la
siguiente fase, cuyo ciclo repetiremos hasta que alcancemos los objetivos del proyecto.
Etapas y planificación temporal estimada.
Etapa 1. Análisis. Estudio y valoración de las especificaciones y requerimientos
necesarios para alcanzar los objetivos del proyecto. (Duración estimada 30 horas).
Etapa 2. Diseño. Diseño del software necesario para la elaboración del proyecto. Se
hará un especial énfasis en diseñar una interfaz de usuario amigable y eficiente.
(Duración estimada 40 horas).
Etapa 3. Implementación. Etapa principal del proyecto que a su vez se divide en los
siguientes apartados:
Etapa 3.1. Detección de primitivas en la imagen. Se pretenderá conseguir la
mayor precisión en cuanto a las trazas que realice el usuario en la imagen, ya sea
para indicar los puntos de referencia, como para realizar mediciones en el
espacio. Para ello se implementarán algoritmos de detección de segmentos y
esquinas en una imagen con objeto de refinar y mejorar la información
suministrada por el usuario a través de los puntos de referencia. (Duración
estimada 30 horas).
Etapa 3.2. Implementación de algoritmos para la extracción de las matrices de
homografías de los planos de la imagen. A través de los puntos de referencia en
los planos, identificados por el usuario, se realizarán los cálculos de las matrices
de homografías que definen los mismos. Estas matrices de homografía definen la
perspectiva con la que ha sido tomada la imagen. (Duración estimada 20 horas).
Etapa 3.3. Cálculo de la distancia entre puntos situados en un mismo plano.
Se utilizará la matriz de homografía del plano, para calcular los puntos en
función de la perspectiva detectada a partir de los puntos de referencia
identificados por el usuario. (Duración estimada 20 horas).
Etapa 3.4. Cálculo de la distancia entre puntos situados en planos distintos.
Para calcular distancias entre puntos situados en planos distintos (por ejemplo un
punto en el suelo y otro en la pared), supondremos que los planos son
perpendiculares entre sí (por ejemplo las paredes suelen ser perpendiculares al
suelo). En ese caso, es posible, y así lo haremos, conociendo la línea de
intercepción de los 2 planos (por ejemplo la línea de unión del suelo con la
pared) implementar funciones que permitan calcular con precisión la distancia
real entre los puntos 3D. (Duración estimada 40 horas).
Etapa 3.5. Implementación de la interfaz gráfica. Diseño e implementación de
la interfaz gráfica eficiente y amigable. La interfaz debe ser intuitiva, deberá
contener herramientas de zoom que permitan al usuario definir los puntos de
referencia. Y deberá minimizar el número de clicks necesarios para realizar una
operación. (Duración estimada 70 horas).
Etapa 4. Resultados y Conclusiones. En esta etapa se realizará una validación de todo
el trabajo realizado en el proyecto, incluyendo su aplicación en situaciones reales. Para
ello se realizarán mediciones en un espacio real y a posteriori se realizarán los mismos
cálculos a partir de imágenes realizadas a la zona usando la aplicación desarrollada. A
parte, cada etapa será verificada con sus pruebas pertinentes, desarrollándose así, una
interfaz provisional para verificar el funcionamiento correcto del sistema. Finalmente,
se aportarán las conclusiones obtenidas a lo largo de todo el proyecto. (Duración
estimada 40 horas).
Temporización global del proyecto: El tiempo global estimado para el desarrollo
completo del proyecto es de 290 horas.
Medios Necesarios para la elaboración del proyecto: El proyecto estará orientado
para usuarios de sistemas operativos Windows. Los medios necesarios para su
realización son: un ordenador personal, sistema operativo Windows XP y herramienta
de desarrollo Borland C++Builder 3 o superior.