LA LUCE STRUTTURATA

La proiezione di luce strutturata è una tecnica che permette di ottenere informazioni di profondità e di superficie degli oggetti presenti in una scena.

Questo metodo prevede la proiezione di un pattern di pixels conosciuto sulla scena, e l'analisi della deformazione di questi pattern quando interagiscono con la superficie degli oggetti.

Esistono diversi tipi di pattern che possono essere generati, ma il metodo più comune e versatile è quello di proiettare numerose strisce di luce contemporaneamente, sia orizzontali che verticali.

Queste strisce di luce possono essere generate utilizzando due metodi principali: interferenza di sorgenti laser o metodo proiettivo.

Nel caso del metodo laser, vengono fatte interferire due sorgenti luminose planari, creando linee regolari ed equidistanti.

La dimensione delle linee può essere regolata variando l'angolo tra i due fasci. Questo metodo offre un'elevata precisione nella generazione del pattern, ma può presentare costi elevati, problemi di riflessione e difetti tipici delle sorgenti laser come lo speckle.

Il metodo proiettivo, invece, utilizza proiettori che generano luce non coerente. In questo caso, la precisione dello strumento è fondamentale e le piccole discontinuità dovute ai bordi dei pixels dell'immagine possono essere attenuate tramite la messa a fuoco dell'obiettivo.

In entrambi i casi, le immagini formate sulla scena vengono acquisite tramite una o più telecamere.

L'elaborazione di queste immagini, utilizzando algoritmi sofisticati, consente al computer di ottenere una "nuvola di punti" dell'oggetto, cioè un elenco delle coordinate dei punti che compongono la superficie dell'oggetto.

Le informazioni sulla texture superficiale, sia in scala di grigi che a colori, possono essere aggiunte alle coordinate spaziali ottenute.

ACQUISIZIONI

Nella pratica, una singola misurazione non è sufficiente per acquisire l'intera superficie dell'oggetto, in quanto alcune parti potrebbero rimanere nascoste alla vista della telecamera.

Pertanto, è necessario acquisire numerose viste dell'oggetto in modo da coprire l'intera superficie.

Successivamente, queste viste devono essere allineate tra loro per comporre l'immagine tridimensionale dell'oggetto. I metodi e le tecniche sviluppati per risolvere questo problema includono:

• Rotazione dell'oggetto: L'oggetto viene posizionato su un "rotatore" e le viste vengono acquisite da posizioni note. L'allineamento delle viste è quindi una funzione delle posizioni note.

• Utilizzo di punti salienti: In questo caso, il sensore si sposta rispetto all'oggetto e le diverse viste vengono allineate utilizzando punti riconoscibili presenti in due o più viste. Questi punti possono essere caratteristici dell'oggetto o aggiunti artificialmente dall'operatore.

La precisione della scansione dipende dalla larghezza e qualità delle strisce utilizzate nella proiezione, nonché dalla profondità di campo e dalla risoluzione dei sensori ottici e del proiettore.

Per migliorare la qualità della scansione, viene spesso utilizzato il metodo del phase-shift, in cui un pattern di linee viene spostato di un certo numero di posizioni.

Questo metodo consente di migliorare il dettaglio superficiale senza ridurre lo spessore del pattern.

Attualmente, i sistemi di scansione a luce strutturata possono raggiungere precisioni dell'ordine del centesimo di millimetro per campi di misura ridotti, o una frazione delle strisce più sottili proiettate.

La versatilità del sistema consente di acquisire scansioni di dimensioni molto variabili, e la precisione ottenuta dipende direttamente da queste dimensioni.