Ricostruzione geometrica tramite luce strutturata in un sistema a due telecamere

This thesis presents a comprehensive study on three-dimensional geometry reconstruction using structured light techniques in dual-camera systems. The work develops and validates two distinct approaches: a monocular camera-projector configuration and a dual-camera stereo system, both leveraging Gray Code pattern encoding for robust correspondence establishment. A key innovation of this work is the development of a virtual simulation environment based on Blender, that allow to eliminate the need for expensive physical hardware during the development and validation phases, while providing perfect knowledge of the real 3D geometry setup for successive development. Custom software implementing the complete pipeline from calibration through 3D reconstruction demonstrates high precision on complex geometries. The dual-camera stereo system achieves near-theoretical performance compared to ground truth. Both systems achieve exceptional calibration precision (RMS reprojection error < 0.08 pixels), comparable to professional metrology systems. This work bridges theoretical foundations with practical implementation, contributing validated methodologies and open-source tools for structured light 3D scanning applications in mechanical engineering, including quality control, reverse engineering and vibrational studies.

Questa tesi presenta uno studio completo sulla ricostruzione della geometria tridimensionale utilizzando tecniche di luce strutturata in sistemi a doppia telecamera. Il lavoro sviluppa e convalida due approcci distinti: una configurazione monoculare con telecamera e proiettore e un sistema stereo a doppia telecamera, entrambi basati sulla codifica di pattern Gray Code per una robusta definizione della corrispondenza. Un'innovazione chiave di questo lavoro è lo sviluppo di un ambiente di simulazione virtuale basato su Blender, che consente di eliminare la necessità di costosi hardware fisici durante le fasi di sviluppo e convalida, fornendo al contempo una conoscenza perfetta della configurazione geometrica 3D reale per lo sviluppo successivo. Il software personalizzato che implementa l'intera pipeline, dalla calibrazione alla ricostruzione 3D, dimostra un'elevata precisione su geometrie complesse. Il sistema stereo a doppia telecamera raggiunge prestazioni quasi teoriche rispetto alla realtà. Entrambi i sistemi raggiungono un'eccezionale precisione di calibrazione (errore di riproiezione RMS < 0,08 pixel), paragonabile a quella dei sistemi metrologici professionali. Questo lavoro unisce le basi teoriche con l'implementazione pratica, contribuendo con metodologie convalidate e strumenti open source per applicazioni di scansione 3D a luce strutturata nell'ingegneria meccanica, tra cui controllo qualità, reverse engineering e studi vibrazionali.