Estimación Simultánea de Escenas Deformables y Trayectoria a partir de una Secuencia de Imágenes Monoculares

Resumen

Durante la última década se ha demostrado experimentalmente la posibilidad de realizar
reconstrucciones 3D de entornos desconocidos tomando como único dato la secuencia de
imágenes que toma una cámara que se mueve con una trayectoria también desconocida. Estos
métodos son conocidos como SLAM (Simultaneous Localization And Mapping). Dichos
sistemas, asumen que la escena observada es rígida, una hipótesis razonable en ambientes
robóticos, tales como interiores de edificios, entornos urbanos y en menor medida entornos
exteriores. Sin embargo, dicha hipótesis no se cumple en otras situciones, como por ejemplo,
en las escenas médicas de cirugía con endoscopio, en las que los sistemas actuales fallarían.
Para abandonar la hipótesis de rigidez, en este trabajo se combinan las ecuaciones de Navier
para sólidos deformables, con un EKF (Extended Kalman Filter) para estimar mediante un
procesamiento secuencial, la estructura 3D no rígida y el movimiento de la cámara a partir de
una secuencia de imágenes monoculares. Las ecuaciones de Navier se resuelven
numéricamente mediante el MEF (método de los elementos finitos). Para ello, la estructura
observada es discretizada mediante una malla de elementos planos triangulares cuyos nodos
se corresponden con los puntos característicos medidos. La metodología es validada
experimentalmente utilizando secuencias de imágenes reales de escenas deformables y
movimientos de cámara realistas. La propuesta es particularmente relevante para el
tratamiento de secuencias médicas adquiridas con endoscopio, permitiendo incorporar la
respuesta mecánica de los tejidos ante la aplicación de diferentes acciones.