Merging di immagini digitali in un sistema prototipale di augmented reality

Il presente lavoro si inserisce in un progetto di ricerca che ha lo scopo di utilizzare il supporto informatico per una migliore definizione di immagini composite, ottenute accostando oggetti ripresi in situazioni diverse di luminosità, colorazione e risoluzione. Se in origine esiste una scena catturata mediante ripresa fotografica (o da cartoons), e tale scena deve essere arricchita di elementi grafici variamente generati, si dà ad essa, nel linguaggio tecnico corrente, il nome di sistema di Realtà Aumentata o Augmented Reality. Nella Realtà Aumentata si genera una scena composita in cui il mondo reale è “aumentato”, ovvero virtualmente arricchito, con informazioni addizionali generate dal computer. L’utente percepisce infatti una singola scena reale in maniera che non si accorga della differenza fra il mondo reale e il suo “aumento” o arricchimento virtuale. Tra le applicazioni della Realtà Aumentata ricordiamo la medicina, la robotica, l’intrattenimento e altre ancora.
In questo lavoro di tesi lo scenario reale e gli oggetti virtuali che aumentano la scena sono catturati da media diversi. Lo sfondo tipico è un'immagine catturata da una macchina fotografica digitale o un'immagine tipica da cartoons. Gli oggetti invece sono acquisiti da apparecchiature come webcam, telefoni mobili, e altri dispositivi low-cost. Lo scopo principale è quello di creare un filtro che mescola armoniosamente gli oggetti con lo sfondo, in modo che l’immagine composita finale appaia reale. In sostanza si tratta di verificare la validità o meno di taluni algoritmi di base che producono un’operazione di merge, rivelandone, in particolari situazioni, eventuali loro limiti di applicazione.
Diverse problematiche insorgono a seguito di una semplice sovrapposizione: ad esempio immagini a bassa risoluzione che hanno diverse condizioni di luce e differente risoluzione cromatica rispetto allo sfondo; oppure uno sfondo dove sono visibili degli artefatti in prossimità dei contorni dell’oggetto. Di fatto, in origine, l’inserimento non è del tutto congruo e armonico, perché l’immagine composita mette in evidenza un notevole distacco tra lo sfondo e l’oggetto. Tuttavia è possibile, in seguito all’applicazione degli algoritmi in uso, realizzare una soddisfacente congruenza d’insieme.
Le tecniche utilizzate in questo lavoro di tesi mirano a descrivere le procedure e i metodi per ridurre gli artefatti visivi dovuti ai contorni irregolari e definire opportunamente gli step di utilizzo per modificare i valori di luminanza dell'oggetto; il tutto prendendo informazioni supplementari anche dallo sfondo su cui è sovrapposto. Tali procedure prevedono l’inclusione di un algoritmo di quantizzazione per ridurre la profondità del colore quando il background non è un’immagine true-color.
Il presente lavoro è stato in parte realizzato durante un periodo di visiting presso il gruppo di ricerca “DSP & Multimedia” del Queen Mary University di Londra.
I risultati sperimentali ottenuti hanno confermato la validità dell’algoritmo proposto.