CH711176A2

CH711176A2 - Device for the three-dimensional scanning of objects.

Info

Publication number: CH711176A2
Application number: CH00830/15A
Authority: CH
Inventors: Veragouth Pietro; Moccetti Dante; Angelo Rezzonico Fabio
Original assignee: Contactum Sa
Priority date: 2015-06-11
Filing date: 2015-06-11
Publication date: 2016-12-15

Abstract

Viene descritto un dispositivo (1) per la scansione tridimensionale di oggetti (10) comprendente almeno una sorgente di raggi infrarossi (2) per irradiare almeno un oggetto (10) da scansionare, almeno una videocamera (3) sensibile alla radiazione infrarossa per acquisire almeno un’immagine di detto almeno un oggetto (10) da scansionare, una scheda di acquisizione (4) per controllare detta almeno una videocamera (3) e detta almeno una sorgente di raggi infrarossi (2), ed un involucro (5) per l’alloggiamento di detta almeno una videocamera (3), di detta almeno una sorgente di raggi infrarossi (2) e di detta scheda di acquisizione (4), caratterizzato dal fatto che detto involucro (5) è pieghevole lungo almeno due lati (7a, 7b) per ridurre lo spessore di detto dispositivo (1).A device (1) is described for the three-dimensional scanning of objects (10) comprising at least one infrared ray source (2) to irradiate at least one object (10) to be scanned, at least one video camera (3) sensitive to infrared radiation to acquire at least at least an image of said at least one object (10) to be scanned, an acquisition card (4) for controlling said at least one video camera (3) and said at least one source of infrared rays (2), and a casing (5) for the housing of said at least one video camera (3), of said at least one source of infrared rays (2) and of said acquisition card (4), characterized in that said casing (5) is foldable along at least two sides (7a, 7b) to reduce the thickness of said device (1).

Description

Campo dell’invenzioneField of invention

[0001] La presente invenzione concerne un dispositivo per la scansione tridimensionale di oggetti. Il dispositivo trova soprattutto impiego per la scansione tridimensionale del corpo umano. [0001] The present invention relates to a device for three-dimensional scanning of objects. The device is mainly used for the three-dimensional scanning of the human body.

Tecnica anteriore notaPrior known technique

[0002] Il «Reverse-Engineering», vale a dire il processo per ricavare un modello matematico di un oggetto solido, è un processo piuttosto utile in diversi campi della tecnica. Ad esempio nel caso di reperti archeologici, esso può fornire una soluzione rapida ed efficiente per duplicare e conservare campioni di difficile manipolazione, nell’ambito industriale, permette di accelerare il processo di prototipazione, in campo biomedico permette la realizzazione di protesi che si adattano maggiormente a parti anatomiche del corpo umano. [0002] "Reverse-Engineering", that is to say the process for deriving a mathematical model of a solid object, is a rather useful process in various technical fields. For example, in the case of archaeological finds, it can provide a quick and efficient solution for duplicating and storing samples that are difficult to handle, in the industrial sphere, it allows to accelerate the prototyping process, in the biomedical field it allows the realization of prostheses that adapt more to anatomical parts of the human body.

[0003] In particolare, il modello matematico di un oggetto può essere ricavato da un insieme di punti (una cosiddetta «nuvola di punti») caratterizzati dalla loro posizione in un sistema di coordinate. L’insieme di punti viene ricavato per mezzo di una scansione 3D dell’oggetto in questione. [0003] In particular, the mathematical model of an object can be derived from a set of points (a so-called "point cloud") characterized by their position in a coordinate system. The set of points is obtained by means of a 3D scan of the object in question.

[0004] La scansione 3D viene normalmente effettuata in centri specializzati per mezzo di sofisticati scanner 3D che sfruttano diverse tecnologie per rilevare la forma geometrica di un oggetto (ad esempio per mezzo di laser, ultrasuoni, e particolari sensori e software dedicati). Purtroppo questi strumenti possono essere molto costosi, e spesso anche ingombranti. [0004] 3D scanning is normally performed in specialized centers by means of sophisticated 3D scanners that use different technologies to detect the geometric shape of an object (for example by means of lasers, ultrasounds, and special sensors and dedicated software). Unfortunately these tools can be very expensive, and often bulky.

[0005] Per tali ragioni la scansione tridimensionale di un oggetto può risultare un’operazione costosa e non accessibile a molti utenti. In particolare, un utente che ha bisogno di un modello 3D relativo ad una parte anatomica del proprio corpo (ad esempio per la realizzazione di una particolare protesi) può trovare difficoltà economiche e logistiche nel recarsi in un centro specializzato ed effettuare la scansione tridimensionale in questione. [0005] For these reasons, the three-dimensional scanning of an object can be expensive and not accessible to many users. In particular, a user who needs a 3D model related to an anatomical part of his body (for example for the realization of a particular prosthesis) can find economic and logistic difficulties in going to a specialized center and performing the three-dimensional scan in question .

Riepilogo dell’invenzioneSummary of the invention

[0006] Scopo della presente invenzione è quello di mettere a disposizione un dispositivo per la scansione tridimensionale di oggetti più economico dei dispositivi di arte nota e in grado di essere riposto in spazi ridotti. [0006] The object of the present invention is to provide a device for scanning three-dimensional objects that is cheaper than devices of known art and capable of being stored in small spaces.

[0007] Ulteriore scopo della presente invenzione è quello di mettere a disposizione un dispositivo per la scansione 3D di oggetti per mezzo del quale un utente può ricavare un modello matematico tridimensionale di un oggetto comodamente da casa, senza bisogno di recarsi in un centro specializzato. [0007] A further object of the present invention is to provide a device for 3D scanning of objects by means of which a user can derive a three-dimensional mathematical model of an object from the comfort of home, without having to travel to a specialized center.

[0008] Questi ed ulteriori scopi sono risolti dalla presente invenzione mediante un dispositivo per la scansione tridimensionale di oggetti secondo la rivendicazione 1, e le relative rivendicazioni dipendenti. [0008] These and further objects are solved by the present invention by a device for the three-dimensional scanning of objects according to claim 1, and the relative dependent claims.

[0009] In particolare, il dispositivo secondo la presente invenzione comprende almeno una sorgente di raggi infrarossi per irradiare almeno un oggetto da scansionare, almeno una videocamera sensibile alla radiazione infrarossa per acquisire almeno un’immagine dell’oggetto da scansionare, una scheda di acquisizione per controllare detta almeno una videocamera e detta almeno una sorgente di raggi infrarossi. [0009] In particular, the device according to the present invention comprises at least one source of infrared rays to irradiate at least one object to be scanned, at least one video camera sensitive to infrared radiation to acquire at least one image of the object to be scanned, a capture card to control said at least one video camera and said at least one source of infrared rays.

[0010] Il dispositivo comprende ulteriormente un involucro per l’alloggiamento della videocamera, della sorgente di raggi infrarossi e della scheda di acquisizione. L’involucro è conformato in modo tale che la sorgente di raggi infrarossi e la videocamera vengano posizionati correttamente quando il dispositivo è in uso. Infatti per ricavare un modello 3D di un oggetto è necessario acquisire almeno un’immagine dell’oggetto rilevando per mezzo della videocamera la radiazione infrarossa (emessa dalla sorgente) riflessa dall’oggetto. Il posizionamento della sorgente rispetto la videocamera gioca un molo importante per un corretto irraggiamento dell’oggetto ed una acquisizione ripetibile e affidabile dell’immagine. [0010] The device further includes a casing for housing the video camera, the infrared source and the capture card. The casing is shaped so that the infrared source and the camera are positioned correctly when the device is in use. In fact, to derive a 3D model of an object it is necessary to acquire at least one image of the object by detecting by means of the video camera the infrared radiation (emitted by the source) reflected by the object. The positioning of the source with respect to the video camera plays an important role for a correct irradiation of the object and a repeatable and reliable acquisition of the image.

[0011] Secondo un aspetto particolare della presente invenzione, l’involucro è pieghevole lungo almeno due lati per ridurre lo spessore del dispositivo. Tale caratteristica consente di poter inserire il dispositivo secondo la presente invenzione in uno spazio di dimensioni ridotte, ad esempio una busta postale per l’invio di oggetti. Tali buste presentano normalmente un’imbottitura per attutire eventuali urti durante il trasporto. In questo modo, il dispositivo secondo la presente invenzione può essere inviato in modo sicuro per posta direttamente a casa di un utente ad un costo di spedizione minimo. L’utente può quindi eseguire la procedura di scansione da solo e anonimamente senza la necessità di visite in centri specializzati. Tale caratteristica risulta vantaggiosa quando l’oggetto da scansionare comprende almeno una parte anatomica del corpo umano dell’utente. [0011] According to a particular aspect of the present invention, the casing is foldable along at least two sides to reduce the thickness of the device. This feature allows the device according to the present invention to be inserted in a space of reduced dimensions, for example a postal envelope for sending objects. These envelopes normally have a padding to cushion possible shocks during transport. In this way, the device according to the present invention can be sent safely by post directly to a user's home at a minimum shipping cost. The user can then perform the scanning procedure alone and anonymously without the need for visits to specialized centers. This characteristic is advantageous when the object to be scanned comprises at least one anatomical part of the user's human body.

[0012] Ad esempio, l’utente può facilmente ricavare un modello 3D del proprio corpo in privato così da poter misurare velocemente alcune dimensioni caratteristiche da utilizzare nel campo dell’abbigliamento. Ad esempio l’utente può facilmente verificare se un particolare indumento possa adattarsi in modo adeguato ad una specifica porzione anatomica del proprio corpo oppure inviare un modello 3D ad un produttore di capi d’abbigliamento o attrezzature sportive (ad esempio calzature, guanti, caschi di protezione, ecc.) consentendo al produttore di realizzare un particolare capo d’abbigliamento su misura che possa conferire una migliore vestibilità all’utente. [0012] For example, the user can easily derive a 3D model of his body in private so that he can quickly measure some characteristic dimensions to be used in the clothing field. For example, the user can easily check whether a particular garment can adapt adequately to a specific anatomical portion of his body or send a 3D model to a manufacturer of clothing or sports equipment (for example, footwear, gloves, helmets of protection, etc.) allowing the manufacturer to make a particular bespoke garment that can give the user a better fit.

[0013] Il dispositivo secondo la presente invenzione risulta essere estremamente economico, quindi può essere distribuito in comodato d’uso ad un costo minimo. Tutti i componenti elettronici del dispositivo secondo la presente invenzione sono economici e con dimensioni ridotte. In particolare, la sorgente di raggi infrarossi emette una radiazione elettromagnetica nello spettro NIR (vicino infrarosso), preferibilmente con una lunghezza d’onda compresa tra 840 nm e 870 nm, più preferibilmente di circa 850 nm. Tale sorgente può comprendere ad esempio una pluralità di LED, preferibilmente collegati in serie tra loro e alimentati per mezzo della scheda elettronica. Eventualmente la sorgente di raggi infrarossi può essere in grado di emettere una radiazione elettromagnetica in uno spettro più ampio dello spettro NIR, in quest’ultimo caso, per mezzo di un opportuno filtro è possibile filtrare la radiazione in modo che rientri nello spettro NIR, preferibilmente con lunghezza d’onda di circa 850 nm. [0013] The device according to the present invention is extremely economical, therefore it can be distributed on loan for a minimum cost. All the electronic components of the device according to the present invention are inexpensive and with reduced dimensions. In particular, the infrared ray source emits an electromagnetic radiation in the NIR spectrum (near infrared), preferably with a wavelength between 840 nm and 870 nm, more preferably about 850 nm. This source can comprise for example a plurality of LEDs, preferably connected in series with each other and supplied by means of the electronic card. The infrared ray source may possibly be able to emit electromagnetic radiation in a wider spectrum of the NIR spectrum, in the latter case, by means of a suitable filter it is possible to filter the radiation so that it falls within the NIR spectrum, preferably with a wavelength of about 850 nm.

[0014] Secondo un aspetto della presente invenzione, la videocamera è provvista di un filtro ottico passa-banda con una lunghezza d’onda CWL (Center Wavelength), indicativa del picco di trasmissione di detto filtro, sostanzialmente pari alla lunghezza d’onda della radiazione emessa dalla sorgente di raggi infrarossi. Preferibilmente, la banda passante del filtro ha una larghezza a metà altezza (FWHM) compresa tra 5 nm e 300 nm. Tale caratteristica permette di migliorare il rapporto segnale-rumore dell’immagine rilevata dalla videocamera eliminando tutte le componenti frequenziali che potrebbero disturbare una corretta acquisizione dell’immagine. [0014] According to an aspect of the present invention, the video camera is provided with an optical band-pass filter with a wavelength CWL (Center Wavelength), indicative of the transmission peak of said filter, substantially equal to the wavelength of the radiation emitted by the infrared source. Preferably, the passband of the filter has a width at half height (FWHM) of between 5 nm and 300 nm. This feature makes it possible to improve the signal-to-noise ratio of the image detected by the camera, eliminating all the frequency components that could disturb a correct image acquisition.

[0015] La scheda di acquisizione è atta ad essere collegata ad un calcolatore elettronico per ricavare un modello 3D dall’immagine acquisita. In particolare, le immagini catturate dalla videocamera vengono acquisite sotto forma di una matrice di pixel, in cui ogni pixel contiene informazioni riguardo l’intensità della radiazione rilevata dalla videocamera. In funzione dell’intensità è possibile determinare, per ogni pixel, la distanza tra la videocamera e l’oggetto scansionato. Le distanze vengono quindi interpolate per formare la cosiddetta nuvola di punti dell’oggetto scansionato. Per mezzo di un approccio denominato «forma dall’ombreggiatura» è ulteriormente possibile effettuare un riconoscimento del contomo dell’oggetto nelle tre dimensioni e la rimozione dello sfondo. [0015] The acquisition card is adapted to be connected to an electronic computer to derive a 3D model from the acquired image. In particular, the images captured by the video camera are acquired in the form of a pixel matrix, in which each pixel contains information about the intensity of the radiation detected by the video camera. Depending on the intensity it is possible to determine, for each pixel, the distance between the camera and the scanned object. The distances are then interpolated to form the so-called point cloud of the scanned object. By means of an approach called "form from shading" it is further possible to carry out a recognition of the object's size in the three dimensions and the removal of the background.

[0016] Nel caso in cui l’oggetto da scansionare è un corpo umano o una parte anatomica di un corpo umano, è possibile effettuare un’ulteriore interpolazione tra i pixel acquisiti, sulla base di forme anatomiche standard memorizzate in un database per ricavare un modello matematico più realistico. [0016] In the case in which the object to be scanned is a human body or an anatomical part of a human body, it is possible to carry out a further interpolation between the acquired pixels, based on standard anatomical forms stored in a database to obtain a most realistic mathematical model.

[0017] Secondo un aspetto vantaggioso della presente invenzione, la scheda di acquisizione è ulteriormente atta a regolare la corrente di alimentazione della sorgente di raggi infrarossi. In questo modo è possibile acquisire una pluralità di immagini al variare dell’intensità emessa dalla sorgente di raggi infrarossi, al fine di interpolare differenti distanze a differenti livelli di illuminazione infrarossa così da ridurre eventuali errori di interpolazione e ottenere un modello matematico più preciso. [0017] According to an advantageous aspect of the present invention, the acquisition card is further adapted to regulate the supply current of the infrared ray source. In this way it is possible to acquire a plurality of images as the intensity emitted by the infrared rays varies, in order to interpolate different distances at different levels of infrared illumination so as to reduce any interpolation errors and obtain a more precise mathematical model.

Breve descrizione dei disegniBrief description of the drawings

[0018] Ulteriori aspetti e vantaggi della presente invenzione risulteranno più chiari dalla descrizione che segue, fatta a titolo illustrativo e non limitativo, con riferimento ai disegni schematici allegati, nei quali: <tb>la fig. 1<SEP>è una vista prospettica di una particolare forma di realizzazione del dispositivo secondo la presente invenzione; <tb>la fig. 2<SEP>è una vista prospettica della forma di realizzazione mostrata in fig. 1 nella configurazione in cui l’involucro è piagato; <tb>la fig. 3<SEP>è una vista prospettica della forma di realizzazione mostrata nelle figure precedenti, quando il dispositivo è in uso; <tb>le fig. 4A e 4B<SEP>sono grafici del coefficiente di trasmissione del filtro ottico passa-banda del dispositivo secondo la presente invenzione in due particolari forme di realizzazione.[0018] Further aspects and advantages of the present invention will become clearer from the following description, given for illustrative and non-limiting purposes, with reference to the attached schematic drawings, in which: fig. 1 <SEP> is a perspective view of a particular embodiment of the device according to the present invention; fig. 2 <SEP> is a perspective view of the embodiment shown in fig. 1 in the configuration in which the casing is wound; fig. 3 <SEP> is a perspective view of the embodiment shown in the preceding figures, when the device is in use; the fig. 4A and 4B <SEP> are graphs of the transmission coefficient of the optical band-pass filter of the device according to the present invention in two particular embodiments.

Forme di realizzazione dell’invenzioneForms of realization of the invention

[0019] In fig. 1 viene mostrata una particolare forma di realizzazione del dispositivo 1 per la scansione tridimensionale di oggetti secondo la presente invenzione. In particolare il dispositivo 1 comprende quattro LED 2a–2d a raggi infrarossi ed una videocamera 3 sensibile alla radiazione infrarossa. Ciascun LED 2a–2d è usato come una sorgente 2 di raggi infrarossi per irradiare un oggetto 10 da scansionare. Ulteriori forme di realizzazione possono prevedere un numero differente di LED a infrarossi, in generale il dispositivo 1 comprende almeno una sorgente di raggi infrarossi 2 (ad esempio anche un solo LED 2) pur restando nell’ambito di protezione della presente invenzione. [0019] In fig. 1 shows a particular embodiment of the device 1 for the three-dimensional scanning of objects according to the present invention. In particular the device 1 comprises four infrared LEDs 2a – 2d and a camera 3 sensitive to infrared radiation. Each LED 2a – 2d is used as an infrared source 2 to irradiate an object 10 to be scanned. Further embodiments may comprise a different number of infrared LEDs, in general the device 1 comprises at least one source of infrared rays 2 (for example even a single LED 2) while remaining within the scope of protection of the present invention.

[0020] La videocamera 3 essendo sensibile alla radiazione infrarossa è atta ad acquisire almeno un’immagine dell’oggetto 10 da scansionare rilevando la radiazione infrarossa riflessa dall’oggetto. [0020] The video camera 3 being sensitive to infrared radiation is able to acquire at least one image of the object 10 to be scanned by detecting the infrared radiation reflected by the object.

[0021] Preferibilmente la videocamera 3 è in alta definizione (HD) con una risoluzione di 1280x720 pixel. I LED 2a–2d e la videocamera 3 sono collegati ad una scheda di acquisizione 4, mostrata in tratteggio nella fig. 1 , per mezzo della quale è possibile controllare la videocamera 3 e i LED 2a–2d. In particolare la scheda di acquisizione 4 comprende un circuito di alimentazione elettrica (non mostrato) per mezzo del quale viene alimentata la videocamera 3 e i LED a raggi infrarossi 2a–2d. La scheda di acquisizione 4 comprende ulteriormente un modulo di comunicazione (wireless e/o USB) per la ricezione e la trasmissione di dati con un calcolatore elettronico (ad esempio un PC). [0021] Preferably the video camera 3 is in high definition (HD) with a resolution of 1280x720 pixels. The LEDs 2a – 2d and the video camera 3 are connected to an acquisition card 4, shown in broken lines in fig. 1, by means of which it is possible to control the video camera 3 and the LEDs 2a – 2d. In particular, the acquisition card 4 comprises an electrical supply circuit (not shown) by means of which the video camera 3 and the infrared LEDs 2a – 2d are supplied. The acquisition card 4 further comprises a communication module (wireless and / or USB) for receiving and transmitting data with an electronic computer (for example a PC).

[0022] Ulteriori forme di realizzazione possono prevedere che il dispositivo 1 sia provvisto di due videocamere 3 a raggi infrarossi per una visione stereoscopica dell’oggetto da scansionare o eventualmente di una pluralità di videocamere 3 a raggi infrarossi pur restando nell’ambito di protezione della presente invenzione. In generale il dispositivo 1 comprende almeno una videocamera a raggi infrarossi 3. [0022] Further embodiments may provide that the device 1 is provided with two infrared video cameras 3 for a stereoscopic view of the object to be scanned or possibly with a plurality of infrared video cameras 3 while remaining within the scope of protection of the present invention. In general, the device 1 comprises at least one infrared camera 3.

[0023] La scheda di acquisizione 4 insieme ai LED 2a–2d e la videocamera 3, sono alloggiati all’interno di un involucro 5 comprendente un pannello frontale 5a sul quale sono realizzati dei fori passanti 6 per l’obbiettivo della videocamera 3 e per i quattro LED 2a–2d a raggi infrarossi. In questa forma di realizzazione i LED 2a–2d e la videocamera 3 sono disposti secondo una linea retta, ma ulteriori forme di realizzazione possono prevedere ad esempio che la videocamera 3 sia posizionata al centro del pannello frontale 5a e una pluralità di LED 2a–2d siano posizionati attorno alla videocamera 3, preferibilmente equidistanti dalla videocamera 3. [0023] The acquisition card 4 together with the LEDs 2a – 2d and the video camera 3 are housed inside a casing 5 comprising a front panel 5a on which through holes 6 are made for the lens of the video camera 3 and for the four 2a – 2d infrared LEDs. In this embodiment the LEDs 2a – 2d and the video camera 3 are arranged in a straight line, but further embodiments may provide, for example, that the video camera 3 is positioned in the center of the front panel 5a and a plurality of LEDs 2a – 2d are positioned around the video camera 3, preferably equidistant from the video camera 3.

[0024] L’involucro 5 è pieghevole lungo almeno due lati 7a, 7b, per ridurre lo spessore del dispositivo 1. Preferibilmente, l’involucro 5 comprende ulteriormente un pannello superiore 5b e due pannelli laterali 5c, 5d. Il pannello superiore 5b è connesso perpendicolarmente al pannello frontale 5a, mentre i pannelli laterali 5c, 5d sono connessi in modo pieghevole al pannello superiore 5b. [0024] The casing 5 is foldable along at least two sides 7a, 7b, to reduce the thickness of the device 1. Preferably, the casing 5 further comprises an upper panel 5b and two side panels 5c, 5d. The upper panel 5b is connected perpendicularly to the front panel 5a, while the side panels 5c, 5d are foldably connected to the upper panel 5b.

[0025] Nella forma di realizzazione mostrata nelle fig. 1 – 3 , l’involucro 5 è pieghevole lungo i due lati 7a, 7b di connessione tra i pannelli laterali 5c, 5d ed il pannello superiore 5b. I due pannelli laterali 5c, 5d possono essere movimentati, come se fossero incernierati al pannello superiore 5b per raggiungere una configurazione «piegata», sostanzialmente complanare al pannello superiore 5b, come mostrato in fig. 2 . In questa configurazione, il dispositivo 1 secondo la presente invenzione presenta uno spessore ridotto (circa 2 cm) e può essere facilmente riposto un uno spazio di dimensioni ridotte, preferibilmente una busta postale, ad esempio per essere spedito ad un costo minimo. [0025] In the embodiment shown in figs 1 - 3, the casing 5 is foldable along the two sides 7a, 7b of connection between the side panels 5c, 5d and the upper panel 5b. The two side panels 5c, 5d can be moved, as if they were hinged to the upper panel 5b to reach a "bent" configuration, substantially coplanar with the upper panel 5b, as shown in fig. 2 . In this configuration, the device 1 according to the present invention has a reduced thickness (about 2 cm) and can be easily stored in a small space, preferably a postal envelope, for example to be sent at a minimum cost.

[0026] Per portare il dispositivo 1 in una configurazione «operativa», vale a dire adatta alla scansione di un oggetto, i pannelli laterali 5c, 5d sono provvisti di una fessura 8 per mezzo della quale è possibile agganciare ogni pannello laterale 5c, 5d al pannello frontale 5a. In particolare il pannello frontale 5a presenta due incavi 9 per l’impegno con una rispettiva fessura 8 del pannello laterale 5c, 5d. In questo modo è possibile agganciare facilmente al pannello frontale 5a i pannelli laterali 5c, 5d e mantenere il dispositivo 1 in configurazione operativa. [0026] To bring the device 1 into an "operative" configuration, i.e. suitable for scanning an object, the side panels 5c, 5d are provided with a slot 8 by means of which it is possible to hook each side panel 5c, 5d to the front panel 5a. In particular, the front panel 5a has two recesses 9 for engagement with a respective slot 8 of the side panel 5c, 5d. In this way it is possible to easily hook the side panels 5c, 5d to the front panel 5a and keep the device 1 in operative configuration.

[0027] L’involucro 5 comprende vantaggiosamente almeno due alette 5e, 5f per il posizionamento del dispositivo 1 lungo il bordo 11 a di un piano di appoggio 11. Preferibilmente le alette 5e, 5f sono realizzate sui pannelli laterali 5c, 5d dell’involucro 5, in modo tale che quando il dispositivo 1 è nella configurazione piegata, esse possono essere disposte complanari al pannello superiore 5b e ai pannelli laterali 5c, 5d. Quando il dispositivo 1 è nella configurazione operativa, le alette 5e, 5f permettono un rapido e accurato posizionamento del dispositivo 1 lungo il bordo 1 la di un piano di appoggio 11 (ad esempio un tavolo). [0027] The casing 5 advantageously comprises at least two tabs 5e, 5f for positioning the device 1 along the edge 11 a of a supporting plane 11. Preferably the tabs 5e, 5f are made on the side panels 5c, 5d of the casing 5, so that when the device 1 is in the folded configuration, they can be arranged coplanar with the upper panel 5b and the side panels 5c, 5d. When the device 1 is in the operative configuration, the wings 5e, 5f allow a rapid and accurate positioning of the device 1 along the edge 1 la of a support plane 11 (for example a table).

[0028] In fig. 3 viene mostrato il dispositivo 1 nella configurazione operativa durante la scansione di un oggetto 10. In questo caso l’oggetto da scansionare è un coipo umano 10, ad esempio per ottenere il modello 3D di una parte anatomica da inviare ad un produttore di capi d’abbigliamento. Il dispositivo 1 viene posizionato in modo tale che il pannello frontale 5a sia allineato con in bordo 1 la del tavolo 11. Successivamente, il soggetto 10 va a posizionarsi a circa 2,5 metri di distanza dal dispositivo 1. Per mezzo dei LED 2a–2d a raggi infrarossi, il soggetto 10 viene irradiato con una radiazione nello spettro NIR, preferibilmente con una lunghezza d’onda compresa tra 840 e 870 nm (innocua per gli esseri umani). La radiazione viene riflessa dal corpo dell’utente e viene rilevata dalla videocamera 3. [0028] In fig. 3 shows the device 1 in the operative configuration during the scanning of an object 10. In this case the object to be scanned is a human type 10, for example to obtain the 3D model of an anatomical part to be sent to a garment manufacturer 'clothing. The device 1 is positioned so that the front panel 5a is aligned with edge 1 la of the table 11. Subsequently, the subject 10 goes to position itself at a distance of about 2.5 meters from the device 1. By means of the LEDs 2a– 2d infrared, the subject 10 is irradiated with a radiation in the NIR spectrum, preferably with a wavelength between 840 and 870 nm (harmless to humans). The radiation is reflected by the user's body and is detected by the camera 3.

[0029] Preferibilmente la videocamera 3 è provvista di un filtro ottico 3a passabanda con una lunghezza d’onda CWL (Center Wavelength), indicativa del picco di trasmissione del filtro 3a, sostanzialmente pari alla lunghezza d’onda della radiazione emessa dalla sorgente 2 di raggi infrarossi (vale a dire dai LED 2a–2d). [0029] Preferably, the video camera 3 is provided with an optical band filter 3a with a wavelength CWL (Center Wavelength), indicative of the transmission peak of the filter 3a, substantially equal to the wavelength of the radiation emitted by the source 2 of infrared rays (ie from LEDs 2a – 2d).

[0030] In particolare, la banda passante del filtro 3a ha una larghezza a metà altezza (FWHM) compresa tra 5 nm e 300 nm. Ad esempio in fig. 4A viene mostrato il coefficiente di trasmissione del filtro ottico passa banda 3a in una prima forma di realizzazione della presente invenzione. In questa forma di realizzazione i LED 2a–2d emettono una radiazione infrarossa con una lunghezza d’onda pari a circa 850 nm. Il filtro ottico 3a presenta una CWL pari a circa 850 nm ed una FWHM di circa 260 nm. [0030] In particular, the passband of the filter 3a has a width at half height (FWHM) of between 5 nm and 300 nm. For example in fig. 4A shows the transmission coefficient of the band-pass optical filter 3a in a first embodiment of the present invention. In this embodiment the LEDs 2a – 2d emit infrared radiation with a wavelength of about 850 nm. The optical filter 3a has a CWL equal to about 850 nm and a FWHM of about 260 nm.

[0031] In fig. 4B viene mostrato il grafico del coefficiente di trasmissione del filtro passa banda 3a in una seconda forma di realizzazione del presente invenzione. In questo caso, i LED 2a–2d emettono una radiazione infrarossa con lunghezza d’onda pari a circa 860 nm. Il filtro ottico 3a presenta una CWL pari a circa 860 nm e una banda passante con FWHM pari a circa 10 nm, più stretta rispetto alla forma di realizzazione mostrata in fig. 4A . [0031] In fig. 4B shows the graph of the transmission coefficient of the band pass filter 3a in a second embodiment of the present invention. In this case, LEDs 2a – 2d emit infrared radiation with a wavelength of approximately 860 nm. The optical filter 3a has a CWL equal to about 860 nm and a pass band with FWHM equal to about 10 nm, narrower than the embodiment shown in fig. 4A.

[0032] La presenza del filtro ottico 3a permette di migliorare il rapporto segnale-rumore dell’immagine rilevata dalla videocamera 3 eliminando tutte le componenti frequenziali che potrebbero disturbare una corretta acquisizione dell’immagine. Una banda passante più stretta permette di ottenere una maggiore reiezione dei disturbi, ma al diminuire della larghezza di banda, si necessita di una maggiore precisione della CWL del filtro 3a, in modo tale che le radiazioni infrarosse riflesse dall’oggetto 10 da scansionare rientrino nella banda passante del filtro ottico 3a. [0032] The presence of the optical filter 3a makes it possible to improve the signal-to-noise ratio of the image detected by the video camera 3 by eliminating all the frequency components that could disturb a correct image acquisition. A narrower bandwidth allows to obtain a greater rejection of the disturbances, but as bandwidth decreases, a greater precision of the CWL of the filter 3a is required, so that the infrared radiations reflected by the object 10 to be scanned reenter in the pass band of the optical filter 3a.

[0033] La videocamera 3 rileva per mezzo di sensori (ad esempio CCD, CMOS) la radiazione riflessa dall’oggetto 10 e genera una matrice di pixel (un’immagine digitale), in cui per ogni pixel viene associata l’intensità della radiazione rilevata. L’acquisizione può essere ripetuta diverse volte, generando una sequenza di immagini atte ad essere inviate ad un calcolatore elettronico per mezzo del modulo di comunicazione della scheda di acquisizione 4. [0033] The video camera 3 detects by means of sensors (for example CCD, CMOS) the radiation reflected by the object 10 and generates a matrix of pixels (digital image), in which for each pixel the intensity of the radiation is associated detected. The acquisition can be repeated several times, generating a sequence of images suitable for being sent to an electronic computer by means of the communication module of the acquisition card 4.

[0034] Per mezzo di algoritmi noti nella tecnica, è possibile calcolare la distanza relativa di ciascun pixel dall’oggetto scansionato 10 in funzione dell’intensità associata ad ogni pixel. Per mezzo di un secondo processo di riconoscimento, viene individuato ed eliminato lo sfondo (ad esempio il pavimento e/o le pareti di una stanza) dell’ambiente circostante all’oggetto scansionato. Quindi viene individuato il contorno della nuvola di punti appartenenti all’oggetto 10. [0034] By means of algorithms known in the art, it is possible to calculate the relative distance of each pixel from the scanned object 10 as a function of the intensity associated with each pixel. By means of a second recognition process, the background (for example the floor and / or the walls of a room) of the environment surrounding the scanned object is identified and eliminated. Then the contour of the cloud of points belonging to the object 10 is identified.

[0035] Nel caso della scansione di un corpo umano 10, la presente invenzione può prevedere una ulteriore elaborazione dell’immagine durante la quale il contorno della nuvola di punti viene confrontato con il contorno di strutture anatomiche standard per identificare in modo più preciso la forma anatomica del soggetto 10 e distinguerla in modo più preciso dall’ambiente circostante. Ad esempio per mezzo di regole note di anatomia umana (ad esempio proporzioni anatomiche) la forma anatomica acquisita può essere raffinata ulteriormente rendendola più realistica. Infine per mezzo di algoritmi noti nella tecnica è possibile ottenere, per interpolazione della nuvola di punti, il modello matematico dell’oggetto scansionato. [0035] In the case of the scanning of a human body 10, the present invention can provide a further image processing during which the outline of the point cloud is compared with the outline of standard anatomical structures to more precisely identify the shape anatomy of the subject 10 and to distinguish it more precisely from the surrounding environment. For example, by means of known rules of human anatomy (for example anatomical proportions) the acquired anatomical shape can be further refined making it more realistic. Finally, by means of algorithms known in the art it is possible to obtain, by interpolation of the point cloud, the mathematical model of the scanned object.

[0036] Preferibilmente la scheda di acquisizione 4 è atta a regolare la corrente di alimentazione della sorgente di raggi infrarossi 2. Nella forma di realizzazione mostrata, i LED 2a–2d sono collegati tra loro in serie, in modo che essi siano percorsi dalla stessa corrente di alimentazione (con valore nominale di circa 20 mA). Per mezzo del circuito di alimentazione, la scheda di acquisizione 4 controlla l’intensità di corrente di alimentazione dei LED 2a–2d per regolare l’intensità della radiazione emessa. In questo modo è possibile acquisire una pluralità di immagini al variare dell’intensità della radiazione emessa per ridurre eventuali errori di interpolazione e ottenere un modello matematico più preciso. [0036] Preferably the acquisition card 4 is adapted to regulate the supply current of the infrared ray source 2. In the embodiment shown, the LEDs 2a – 2d are connected together in series, so that they are traversed by the same supply current (with a nominal value of about 20 mA). By means of the power supply circuit, the acquisition board 4 controls the supply current intensity of the LEDs 2a – 2d to regulate the intensity of the emitted radiation. In this way it is possible to acquire a plurality of images as the intensity of the emitted radiation varies to reduce any interpolation errors and obtain a more precise mathematical model.

[0037] Preferibilmente la scheda di acquisizione comprende un’unità di memoria intema e/o un’unità di memoria esterna (ad esempio un’unità di memoria esterna collegabile alla scheda per mezzo di presa USB) in cui possono essere memorizzate le immagini acquisite dalla videocamera 3. In un’ulteriore forma di realizzazione il dispositivo 1 può essere usato dall’utente effettuando la scansione di un’oggetto e memorizzando le immagini acquisite all’interno della memoria senza la necessità di collegare il dispositivo 1 ad un calcolatore elettronico. In questo modo, le immagini acquisite possono essere vantaggiosamente elaborate successivamente su un calcolatore. Ad esempio nel caso in cui l’utente ha bisogno di un modello 3D di una o più parti anatomiche del proprio corpo per la realizzazione di un capo d’abbigliamento su misura, le immagini acquisite e memorizzate nell’unità di memoria della scheda di acquisizione 4 possono essere vantaggiosamente inviate al produttore di capi d’abbigliamento, il quale elaborerà le immagini per ricavare il modello matematico della parte anatomica di interesse. [0037] Preferably the acquisition card comprises an internal memory unit and / or an external memory unit (for example an external memory unit connectable to the card by means of a USB socket) in which the acquired images can be stored from the video camera 3. In a further embodiment the device 1 can be used by the user by scanning an object and storing the images acquired inside the memory without the need to connect the device 1 to an electronic computer. In this way, the acquired images can be advantageously processed subsequently on a computer. For example, if the user needs a 3D model of one or more anatomical parts of his body to create a tailored clothing item, the images acquired and stored in the memory unit of the acquisition card 4 can be advantageously sent to the clothing manufacturer, who will process the images to derive the mathematical model of the anatomical part of interest.

Claims

1. Device (1) for the three-dimensional scanning of objects (10) comprising at least one infrared ray source (2) to irradiate at least one object (10) to be scanned, at least one video camera (3) sensitive to infrared radiation to acquire at least one image of said at least one object (10) to be scanned, an acquisition card (4) for controlling said at least one video camera (3) and said at least one source of infrared rays (2), and a casing (5) for the housing of said at least one video camera (3), of said at least one source of infrared rays (2) and of said acquisition card (4), characterized in that said casing (5) is foldable along at least two sides (la, 7b ) to reduce the thickness of said device (1).

2. Device (1) according to claim 1, wherein said at least one infrared ray source (2) emits an electromagnetic radiation in the NIR spectrum, preferably with a wavelength between 840 nm and 870 nm.

3. Device (1) according to claim 1 or 2 wherein, said at least one video camera (3) is provided with an optical filter (3a) band-pass with a wavelength (CWL), indicative of the transmission peak of said filter (3a), substantially equal to the wavelength of the radiation emitted by said at least one source of infrared rays (2).

4. Device (1) according to any one of the preceding claims, wherein said filter (3a) has a passband with a half-height width (FWHM) of between 5 nm and 300 nm.

5. Device (1) according to any one of the preceding claims in which, said at least one source of infrared rays (2) comprises a plurality of LEDs (2a – 2d), preferably connected in series with each other.

6. Device (1) according to any one of the preceding claims in which, said acquisition card (4) being adapted to be connected to an electronic computer to derive a 3D model from said at least one acquired image.

7. Device (1) according to any one of the preceding claims in which, said acquisition card (4) being adapted to regulate the supply current of said at least one source of infrared rays (2).

8. Device (1) according to any one of the preceding claims in which, said casing (5) comprises at least two tabs (5e, 5f) for positioning said device (1) along the edge (Ila) of a support plane ( 11).

9. Device (1) according to any one of the preceding claims in which, said object to be scanned comprises at least one anatomical part of a human coipo (10).