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Questa pagina presenta le tecniche che siamo in grado di proporre per ricostruire, misurare e localizzare oggetti in 3D. Esistono diversi approcci per risolvere lo stesso problema ed esistono varie esigenze, quindi si cerca di raggruppare per tipologia.

Lo scopo della ricostruzione 3D è quello di rilevare la geometria 3D di un oggetto. Una fotografia normalmente ha perso l'informazione 3D ed è necessario strutturare l'ambiente per recuperare l'informazione perduta, da qui nascono i vari metodi presentati di seguito.

La ricostruzione con linea laser è probabilmente la più conosciuta e per questo motivo esistono vari modelli di telecamere che implementano questo algoritmo a bordo.

Questa tecnica consiste nel calcolare la posizione 3D della riga laser proiettata sull'oggetto poiché la posizione di telecamera e laser sono conosciute (calibrate).

In questa maniera, da ogni scatto si ricava una sezione dell'oggetto, e con molti scatti si ha la ricostruzione completa.
Per questo motivo è necessario che l'oggetto si sposti sotto la telecamera o viceversa.

I punti di forza di questa tecnica sono molti: ha un'ottima precisione, funziona con molti materiali e se già l'oggetto è in movimento è di semplicissima installazione, sovente si fa a meno anche dei ripari utilizzando un laser infrarosso e un apposito filtro.

Gli svantaggi sono principalmente dati dalla varibilità della risposta da un materiale all'altro e la necessità di movimentare il pezzo. Alcune delle applicazioni sono il controllo del cordone di saldatura, spalmatura adesivo, presenza guarnizioni, verifica stampi e altro (vedi Sistemi di Visione).

La luce strutturata è la categoria più generale in cui vi è anche la tecnica della linea laser. Per luce strutturata di intende un sistema telecamera + proiettore di luce, che proietta griglie, righe o altri tipi di pattern al fine di intercettare l'oggetto e ricostruirlo.

Normalmente anche in questo caso si devono scattare più foto per avere una ricostruzione completa, ma molte meno rispetto alla linea. Ha i vantaggi e gli svantaggi della linea laser, ma è più interessante perché non richiede che l'oggetto sia in movimento.

E' possibile ottenere la ricostruzione 3D di un oggetto utilizzando due o più telecamere calibrate con un punto di vista diverso.

Il sistema ricerca le corrispondenze tra i pixel delle due immagini ed in base allo spostamento riesce a calcolarne la distanza dalla telecamera.

Il vantaggio di questa tecnica è la semplicità, in quanto bastano due telecamere standard e una sola fotografia. Può essere meno precisa della linea laser.

Applicazioni tipo: verifica presenza assenza, ricostruzione per seguente matching 3D per la guida robot, ispezione superficie.

Quella del tempo di volo o 'time of flight' è una delle più recenti e non fa uso di algoritmi di elaborazione di immagini ma ha un sesore che, con una tecnologia basta sull'interferenza fornisce delle immagini di profondità. In seguito questo immagini possono essere elaborate come si fa per le altre tecniche.

Questa tecnica ha il vantaggio di essere semplice, non avere bisogno di nessun tipo di luce strutturata e non ha bisogno dell'oggetto in movimento.

Al momento ha una precisione minore rispetto alla linea laser. E' assolutamente la soluzione di più pronto utilizzo. Nella maggior parte dei casi questi sensori sono ancora costosi. Trova applicazione in settori come la logistica in cui si misurano colli di tutte le dimensioni.

Questa tecnica cerca la direzione dell'illuminazione per ricostruire la geometria 3D dell'oggetto illuminato. Occorrono tre fotografie con diversa illuminazione per ottenere una ricostruzione.

Il vantaggio di questa tecnica è la semplicità, in quanto basta una telecamera standard e tre foto, però non per tutti gli oggetti riesce ad essere precisa.

Come applicazione si potrebbe citare la lettura di caratteri e marcature in rilievo e tutto quello che presenta un rilievo.

Questa tecnica utilizza una serie di immagini con diversa messa a fuoco per stimare la geometria 3D dell'oggetto.
Solitamente è disponibile per oggetti di piccole dimensioni, applicazione per la saldatura dei circuiti, presenza assenza.

La localizzazione 3D ha lo stesso obiettivo di quella 2D, ossia recuperare la posizione di un dato oggetto nello spazio, questa volta con 6 gradi di libertà.

A differenza della ricostruzione, la localizzazione non sempre necessità di conoscere la geometria 3D di tutto l'oggetto ricercato, in quanto bastano pochi punti per recuperare la posizione di un oggetto nel riferimento mondo.

Di seguito vengono elencate le tecniche più comuni.

Il 3D matching, in maniera simile ai comuni pattern natching 2D, mette in relazione un modello con un insieme di punti misurati. In questo caso è necessario misurare punti 3D, e questo è possibile tramite con la tecnica di ricostruzione 3D più adeguata.

Il modello può essere creato con un software di modellazione ed esportato in formato standard per es. DXF. Se non di dispone del modello ma l'oggetto in questione è composto da primitive geometriche standard come sfere, cilindri e piani, è possibile ricercare questi ultimi.

Questa tecnica può essere applicata per la guida robot sia da nastro che da cassone, ed è molto utile per i pezzi alla rinfusa. Può essere utile per localizzare gli oggetti che in seguito vengono misurati per un controllo di qualità.

La localizzazione in 3 dimensioni di un oggetto non richiede obbligatoriamente di avere a disposizione una immagine 3D.

In certi casi particolari si possono recuperare le 3 traslazioni e le tre rotazioni anche con una singola immagine ottenuta da telecamera monoculare standard.

Se l'oggetto che vogliamo localizzare ha almeno un cerchio o un quadrato i cui i punti siano tutti sullo stesso piano, è possibile stimarnee con precisione la posizione.

Il metodo utilizza un algoritmo 2D per ritrovare dapprima il cerchio/quadrato nell'immagine, ed in seguito, avendo a disposizione i parametri di calibrazione 3D della telecamera, riesce a ritrovare la posizione in base alla deformazione prospettica.

Questo algoritmo è utile per la guida robot ed è di semplice utilizzo.

Se sull'oggetto che vogliamo localizzare vi è un contrasto di colori tale da creare un pattern, e tutti i punti di questo pattern sono sullo stesso piano, è possibile stimare con precisione la sua posizione 3D.

Questo metodo utilizza un algoritmo di localizzazione pattern deformabili 2D per ritrovare dapprima il modello nell'immagine, ed in seguito, avendo a disposizione i parametri di calibrazione 3D della telecamera, riesce a ritrovare la posizione in base alla deformazione prospettica. Questo algoritmo è utile per la guida robot ed è di semplice utilizzo.

Lo stesso tipo del modello 3D utilizzato dalla localizzazione 3D-3D (surface based) può essere utilizzato per una ricerca in immagini convenzionali. In questo caso la ricerca è meno robusta ma sempre possibile, ed è il sistema che cerca la posizione giusta che possa proiettare i contorni dell'oggetto nell'immagine acquisita in maniera che essi possano coincidere con quelli presenti.

Questa tecnica può essere applicata per la guida robot da nastro o cassone.

Se l'oggetto da localizzare è composto da uno o più rettangoli su cui vi siano dei punti di interesse, ossia particolari punti in cui il contrasto è localmente molto elevato, tipico delle stampe, scritte, loghi, è possibile recuperarne la posizione 3D.

In base ad un template di riferimento il sistema ritrova la posa dell'oggetto associando questi punti di discontinuità.

E' una tecnica molto robusta e rapida, ma necessita obbligatoriamente di questo tipo di primitive, quindi non è disponibile per oggetti di colore uniforme.

Per ritrovare la posizione di un oggetto talvolta può essere sufficiente un calcolo matematico su pochi punti dell'immagine. Se, con un image processing convenzionale o altro si riescono a recuperare con precisione le posizioni di almeno 4 punti da noi conosciuti di un oggetto nell'immagine, esiste uno strumento per calcolarne la posa.

Questo strumento deve associare 4 coordinate immagine 2D alle stesse nel mondo 3D, queste ultime molto semplici da rilevare se l'oggetto non si deforma, in quanto basta misurarle a priori.

Come esempio si può pensare al centro di 4 fori, agli angoli di un rettangolo, a particolari sull'oggetto facili da ritrovare e misurare con un calibro.