Captura instantánea y de alta precisión de la geometría facial 3D (FACIAL) E.5. EVALUACIÓN Y VALIDACIÓN DE LA METODOLOGÍA
PROMECE El contenido de este documento ha sido generado por el Instituto de Biomecánica (IBV) como resultado del proyecto IMAMCJ/2015/1 (PROMECE- FACIAL) en el marco de la línea nominativa T8021000 aprobada por la Ley de Presupuestos de la Generalitat para 2015, cofinanciada en un 50% a través del Programa Operativo FEDER de la Comunitat Valenciana 2014-2020: Eje Prioritario 1
ACTIVIDAD 1 ENTREGABLE 5 EVALUACIÓN Y VALIDACIÓN DE LA METODOLOGÍA 5.1. EVALUACIÓN CUANTITATIVA Para comprobar la precisión de la reconstrucción, se realizó la reconstrucción de un objeto de dimensiones conocidas para comparar esas dimensiones reales con las dimensiones obtenidas en la reconstrucción del objeto. Se utilizó un cilindro de aluminio de longitud 500mm y un diámetro exterior de 160mm. El método de reconstrucción utiliza la heterogeneidad de las texturas para poder relacionar pixeles entre cámaras. Por ello, una textura metálica no es la apropiada a la hora de reconstruir. Se optó por pegar una imagen de un paisaje para facilitar este proceso. Esto añadió un grosor de 0.1mm al diámetro exterior. Figura 5.1. Cilindro para el cálculo de precisión
Una vez adquiridas simultáneamente las imágenes de las cámaras, se reconstruyó en 3D el objeto obteniendo una nube de puntos 3D. Mediante algoritmos de ajuste, se calcula el cilindro de diámetro 160mm que mejor se ajusta a la nube de puntos (se calcula su orientación y posición). Se calcula para cada punto de la nube su distancia a dicho cilindro. Así tendremos el error para cada punto y podremos hacer los cálculos de error que queramos (error medio, error medio al percentil 95, percentil 95, error máximo, histograma). En la gráfica siguiente se visualiza la nube de puntos coloreada de la siguiente forma: - En verde aquellos cuyo error es menor de 0.5mm. - En rojo aquellos cuyo error es mayor de 0.5 y están por fuera del cilindro ajustado. - En azul aquellos cuyo error es mayor de 0.5 y están dentro del cilindro ajustado. Figura 5.2. Reconstrucción cilindro En el siguiente histograma se acumulan el número de puntos por distancia al patrón muestra. Figura 5.3. Histograma
De los siguientes valores calculados, se puede deducir que el error medio del 95% de la nube de puntos es inferior a 0.2mm, con lo que se demuestra que el proceso de reconstrucción es altamente preciso. Figura 5.4. Errores reconstrucción 5.2. EVALUACIÓN CUALITATIVA Para comprobar la correcta reconstrucción de usuarios, se hizo una batería de pruebas con más de 50 usuarios de distinto sexo y edades para determinar la calidad de la reconstrucción. Se colocó un útil en la oreja para realizar mediciones de distancias y estimar también el error cometido. Antes de hacer el proceso de reconstrucción, se borra digitalmente para intentar hacerlo desaparecer en la figura 3D.
Como se puede observar, la zona centrar de la cara es la zona mejor reconstruida, y según nos vamos alejando comienzan a aparecer defectos (la zona del pelo o la zona se fusionan las reconstrucciones con cámaras distintas) y huecos en la zona cercana a las orejas. También, debido a las oclusiones, la zona inferior de la barbilla en ocasiones presenta huecos. La siguiente prueba que se realizó fue de repetibilidad. Para ello, se capturó al mismo usuario 5 veces y se midió una serie de parámetros para ver la desviación entre mediciones. Se tomaron distintas medidas para compararlas entre las distintas mediciones. Se calcularon los reflejos corneales, el punto más alto de la nariz en la línea que cruza los reflejos corneales y los puntos de referencia que se colocaron en las orejas.
Las mediciones de reflejos corneales demostraron ser altamente repetitivas, con desviaciones inferiores a los 0.1mm. El punto de corte con la nariz también se comprobó que tenía una alta repetibilidad, con una desviación inferior a los 0.5mm. En cuanto a los puntos de referencia de las orejas la desviación máxima estaba en 1.5mm, con valores normalmente inferiores a 1mm. Este medición es la que más variabilidad presenta, pero también es dependiente de como el usuario coloca el útil. Esto se intentó minimizar poniendo muescas en el útil, pero aun así su posicionado no era fijo. Otra de las pruebas que se realizó era comprobar el correcto funcionamiento del sistema con usuarios con color de piel muy oscuro. Se comprobó que en estos casos, el tiempo de exposición se debía incrementar para una mejor captura y reconstrucción. Podemos observar en las imágenes como la reconstrucción, según se incrementaba el tiempo de exposición, va mostrando un área más completa de la cara.
Una vez establecido el tiempo de exposición correcto, se midieron más usuarios para comprobar todo el proceso.