IT202100000170U1 - Scanner piano - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

Annessa a domanda di BREVETTO PER MODELLO DI UTILIT? avente per titolo

?SCANNER PIANO?

Il presente trovato ha per oggetto uno scanner piano del tipo xy configurato per implementare la tecnica Stereo Fotometrica.

In particolare tale trovato trova largo impiego nel campo dell?acquisizione di immagini.

Come ? noto la tecnica Stereo Fotometrica consente di ricavare informazioni 3D a partire da un set di immagini a colori o in scala di grigio. Dal momento che tale tecnica ? particolarmente adatta a catturare dettagli fini di superfici tendenzialmente bidimensionali (come ad esempio un quadro, un bassorilievo, una lastra di marmo e simili) e non ? invece in grado di catturare la forma di oggetti tridimensionali complessi (come ad esempio un vaso), essa ? adatta ad essere implementata in uno scanner per immagini piano al fine di scansionare materiali e superfici e restituire allo stesso tempo informazioni digitali di colore e di elevazione 3D.

Come ? noto, la tecnica Stereo Fotometrica viene implementata illuminando un oggetto posto su un piano di scannerizzazione mediante una pluralit? di sorgenti luminose selettivamente attivabili ed acquisendo, ad ogni attivazione, un?immagine rappresentativa di tale oggetto.

Per l?implementazione della tecnica Stereo Fotometrica vengono di norma utilizzati scanner piani comprendenti un piano di scannerizzazione su cui viene disposto l?oggetto e comprendenti inoltre un sensore per immagini configurato per acquisire una immagine relativa all?oggetto stesso. Tali scanner comprendono inoltre un sistema ottico interposto tra il sensore per immagini ed il piano di scannerizzazione ed allineato al sensore per immagini lungo un asse verticale perpendicolare al piano di scannerizzazione.

Negli scanner piani noti pertanto, le sorgenti luminose vengono accese una per volta e, ad ogni accensione, un?immagine dell?oggetto e/o un?immagine di una porzione di esso viene acquisita dal sensore per immagini.

Sebbene a differenza delle altre tecniche di acquisizione di immagini 3D, la tecnica Stereo Fotometrica non richieda l?utilizzo di dispositivi 3D dedicati (quali ad esempio laser, confocale e simili) pur consentendo di ottenere informazioni di colore e di elevazione dettagliate, ? necessario che le sorgenti luminose siano arrangiate entro lo scanner in modo da ottenere direzioni di illuminazione sufficientemente diverse tra loro ed in modo che la luce prodotta da ogni sorgente luminosa illumini l?oggetto da scannerizzare in maniera uniforme.

? inoltre noto che maggiore ? il numero di sorgenti di luce migliore ? il risultato. A tal riguardo sono noti scanner piani o planetari comprendenti una prima ed una seconda coppia di sorgenti luminose, un sistema ottico ed un sensore di immagine lineare, vale a dire un sensore in grado di acquisire un?immagine relativa ad una porzione dell?oggetto giacente lungo una linea di scansione definita sul piano di scannerizzazione. In tale situazione, le sorgenti luminose vengono accese una alla volta e, ad ogni accensione, viene acquisita un?immagine della porzione dell?oggetto giacente lungo la linea di scannerizzazione. Successivamente, l?oggetto (oppure l?insieme del sistema ottico, del sensore di immagini e delle sorgenti luminose) viene movimentato in modo tale che porzioni contigue giacciano progressivamente lungo la linea di scannerizzazione e vengano dunque acquisite.

In tali scanner noti, le sorgenti luminose della prima coppia sono di norma poste ai lati della linea di scansione e si sviluppano parallelamente ad essa, mentre le sorgenti luminose della seconda coppia sono poste alle estremit? della linea di scansione e si sviluppano lungo una direzione trasversale ad essa. Svantaggiosamente, in tale situazione, le sorgenti luminose della seconda coppia non sono in grado di illuminare la linea di scansione con un fascio di luce avente raggi presentanti angoli di incidenza uniformi sulla linea di scansione, e dunque sulla porzione di oggetto ivi giacente. I raggi che colpiscono l?estremit? della linea di scannerizzazione pi? vicina alla sorgente luminosa accesa presentano un angolo di incidenza maggiore rispetto ai raggi che colpiscono l?estremit? della linea di scannerizzazione opposta alla sorgente luminosa.

Ci? comporta una bassa qualit? delle immagini acquisite e quindi una scarsa precisione della scannerizzazione nonch? nella ricostruzione digitale dell?oggetto scannerizzato.

Sono inoltre noti scanner piani comprendenti sensori per immagini di tipo lineare in cui la seconda coppia di sorgenti luminose ? posizionata in modo tale che ciascuna sorgente luminosa giaccia lungo la direzione definita dalla linea di scannerizzazione ed arrangiata in modo da emettere raggi di luce collimati nell?area di scansione.

In tale situazione, le quattro sorgenti luminose sono pertanto tutte parallele alla linea di scannerizzazione, si trovano disposte a croce e, dal momento che ciascuna sorgente luminosa della seconda coppia ? collimata, viene garantito il fatto che i raggi luminosi siano uniformi a livello di angoli di incidenza ed anche a livello di intensit? luminosa dei fasci di luce emessi. Svantaggiosamente, nonostante tale scanner rispetti i vincoli di uniformit? imposti dalla tecnica Stereo Fotometrica, esso non ? in grado di essere adattato all?introduzione di un sensore di immagine matriciale e non lineare. In particolare, data la disposizione delle sorgenti luminose, tale scanner non ? in grado di illuminare una superficie bidimensionale in maniera adeguatamente uniforme.

Tale scanner noto risulta dunque poco flessibile e poco versatile in quanto, mutando il posizionamento delle sorgenti luminose o cambiando la tipologia del sensore per immagini utilizzato, lo scanner non ? pi? in grado di fornire la direzionalit? e la corretta uniformit? luminosa richiesta da una corretta ed ottimale implementazione della tecnica Stereo Fotometrica.

In altre parole, in tale scanner, per ottenere una implementazione della tecnica Stereo Fotometrica accettabile, le sorgenti luminose devono essere necessariamente posizionate ed arrangiate come sopra descritto ed il sensore per immagini deve necessariamente essere del tipo lineare. Inoltre, lo scanner presenta numerosi vincoli (come ad esempio quello relativo al fatto che le sorgenti luminose devono fornire anche una elevata uniformit? di intensit? luminosa e non solo una elevata uniformit? degli angoli di incidenza luminosa) e numerose limitazioni che non lo rendono adattabile ad esempio a scannerizzare l?oggetto per aree e non pi? per linee.

Compito tecnico del presente trovato risulta dunque essere quello di mettere a disposizione uno scanner piano del tipo xy che sia in grado di superare gli inconvenienti emersi dall?arte nota.

Scopo del presente trovato risulta dunque quello di mettere a disposizione uno scanner piano del tipo xy che sia in grado di semplificare il problema relativo al posizionamento ed arrangiamento delle sorgenti luminose e che sia al contempo in grado di fornire scannerizzazioni di buona qualit? utilizzando la tecnica Stereo Fotometrica.

Un ulteriore scopo del presente trovato risulta dunque quello di mettere a disposizione uno scanner piano del tipo xy compatto ed economico.

Un ulteriore scopo del presente trovato risulta dunque quello di mettere a disposizione uno scanner piano del tipo xy che presenti dei vincoli costruttivi rigorosi per ottenere una buona scansione ma al contempo flessibili in modo da rendere lo scanner adattabile a diverse necessit?. Il compito tecnico specificato e gli scopi specificati sono sostanzialmente raggiunti da uno scanner piano del tipo xy comprendente le caratteristiche tecniche esposte in una o pi? delle unite rivendicazioni. Le rivendicazioni dipendenti corrispondono a possibili forme di realizzazione del trovato. Ulteriori caratteristiche e vantaggi del presente trovato appariranno maggiormente chiari dalla descrizione indicativa, e pertanto non limitativa di una forma di realizzazione di uno scanner piano del tipo xy.

Tale descrizione verr? esposta qui di seguito con riferimento agli uniti disegni, forniti a solo scopo indicativo e, pertanto, non limitativo, nei quali: - La figura 1 mostra uno schema esemplificativo di un posizionamento di una sorgente luminosa entro lo scanner oggetto del presente trovato;

- La figura 2 mostra una vista schematica di una forma realizzativa dello uno scanner piano del tipo xy oggetto del presente trovato

- La figura 3 mostra una possibile forma realizzativa dello uno scanner piano del tipo xy oggetto del presente trovato;

- La figura 4 mostra un?ulteriore possibile forma realizzativa dello uno scanner piano del tipo xy;

- La figura 5 mostra un?ulteriore possibile forma realizzativa dello uno scanner piano del tipo xy;

- La figura 6 mostra un?ulteriore possibile forma realizzativa dello uno scanner piano del tipo xy.

Con riferimento alle figure allegate, con 100 ? stato indicato uno scanner piano del tipo xy configurato per implementare la tecnica Stereo Fotometrica.

Lo scanner 100 comprende un piano di scannerizzazione ? su cui ? posizionabile un oggetto da scannerizzare ?O?.

Con il termine ?scanner piano di tipo xy? si intende uno scanner in cui l?acquisizione di immagini rappresentative dell?oggetto ?O? avviene scansionando diverse porzioni discrete del piano di scannerizzazione ?. Lo scanner 100, oggetto del presente trovato, comprende inoltre un dispositivo di acquisizione 1 disposto lungo un asse ottico verticale ?A? e perpendicolare al piano di scannerizzazione ?. Il dispositivo di acquisizione 1 ? configurato per acquisire almeno un?immagine dell?oggetto ?O? da scannerizzare o una immagine di una parte di tale oggetto ?O?, in particolare della parte giacente in una porzione del piano di scannerizzazione ? posta al di sotto del dispositivo di acquisizione 1 (figura 3).

Preferibilmente, il dispositivo di acquisizione 1 ? configurato per acquisire una successione di immagini rappresentative dell?oggetto ?O? da scannerizzare in modo da poter ottenere una ricostruzione digitale di tale oggetto ?O? che risulti fedele e completa secondo un processo che verr? dettagliatamente descritto nel seguito.

In una forma realizzativa preferita, il dispositivo di acquisizione 1 comprende un sistema ottico telecentrico 1a. Il sistema ottico telecentrico 1a ? configurato per direzionare un fascio luminoso dal piano di scannerizzazione ? al dispositivo di acquisizione 1 in modo tale che i raggi luminosi siano reciprocamente sostanzialmente paralleli tra loro.

Con il termine ?sistema ottico telecentrico? si intende dunque un sistema comprendente una lente telecentrica (figura 3) oppure un sistema comprendente una lente che, posta ad una distanza sufficientemente grande dal piano di scannerizzazione ?, ? in grado di operare come una lente telecentrica (figura 4).

Essendo infatti che gli scanner di tipo xy presentano tipicamente un?area di scansione 3 di ridotte dimensioni rispetto al formato massimo di scansione possibile, posizionando una lente ad una distanza sufficientemente elevata dall?area di scansione 3 stessa, ? possibile considerare una qualsiasi lente in grado di operare come una lente di tipo telecentrico.

Nella forma realizzativa preferita, il dispositivo di acquisizione 1 comprende inoltre un sensore per immagini di tipo lineare 1b o un sensore di tipo matriciale 1b?. In particolare, il sensore lineare 1b ? un sensore in grado di acquisire un?immagine dell?oggetto ?O? relativa ad una porzione dell?oggetto ?O? giacente lungo una linea di scansione 3 sul piano di scannerizzazione ?. In altre parole, il sensore lineare 1b effettua una scannerizzazione dell?oggetto ?O? acquisendo progressivamente immagini relative a porzioni di esso giacenti lungo la linea di scansione 3 (figura 6). Il sensore matriciale 1b? invece, ? un sensore in grado di acquisire un?immagine dell?oggetto ?O? relativa ad una porzione dell?oggetto ?O? giacente al di sotto del sensore matriciale 1b? all?interno di una area di scansione 3 del piano di scannerizzazione ? (figure 3, 4 e 5).

Come mostrato nelle allegate figure, il sistema ottico telecentrico 1a ed il sensore di immagini 1b, 1b? sono allineati lungo l?asse ottico verticale ?A? in modo tale che il sistema ottico telecentrico 1a sia interposto tra il piano di scannerizzazione ? ed il sensore 1b, 1b?. In tale situazione, il sistema ottico telecentrico 1a opera in modo da direzionare e ?raddrizzare? un fascio di luce derivante dal piano di scannerizzazione ? verso il sensore di immagini 1b, 1b? come verr? dettagliatamente descritto nel seguito.

Lo scanner 100 del tipo xy, oggetto del presente trovato, comprende inoltre almeno tre sorgenti luminose 2a, 2b, 2c selettivamente attivabili per emettere un fascio di luce collimata sul piano di scannerizzazione ?.

Preferibilmente, lo scanner piano 100 pu? comprende un qualsivoglia numero di sorgenti luminose 2a, 2b, 2c selettivamente attivabili purch? esse siano in un numero maggiore di tre.

Nella forma realizzativa preferita, le sorgenti luminose 2a, 2b, 2c sono selezionabili tra: array di luci LED; matrici di luci LED; illuminatori telecentrici.

Alternativamente, le sorgenti luminose 2a, 2b, 2c comprendono rispettivi deflettori meccanici configurati per direzionare il rispettivo fascio di luce collimata sul piano di scannerizzazione ?.

Secondo una ulteriore forma realizzativa, essendo che gli scanner del tipo xy presentano di norma un?area di scansione 3 di ridotte dimensioni, anche sorgenti luminose diffuse (come ad esempio le sorgenti puntiformi) 2a, 2b, 2c poste ad una elevata distanza dal piano di scannerizzazione ? possono essere considerate in grado di emettere un fascio di luce collimata (figura 2).

Ciascuna sorgente luminosa 2a, 2b, 2c definisce un angolo di tilt ? compreso tra una proiezione della sorgente luminosa 2a, 2b, 2c sul piano di scannerizzazione ? ed un asse di riferimento ?B? giacente sul piano di scannerizzazione ?. Ciascuna sorgente luminosa definisce inoltre un angolo di slant ? compreso tra la sorgente luminosa 2a, 2b, 2c e l?asse ottico ?A?.

Come mostrato nelle allegate figure, le sorgenti luminose 2a, 2b, 2c sono angolarmente distribuite attorno all?asse ottico ?A? in modo tale che ciascuna sorgente luminosa 2a, 2b, 2c presenti un angolo di slant ? compreso tra 20? e 80? ed un angolo di tilt ? tale da differire dagli angoli di tilt ? delle altre sorgenti luminose 2a, 2b, 2c di un valore maggiore o uguale a 180?/n dove n corrisponde al numero delle sorgenti luminose 2a, 2b, 2c.

Il posizionamento delle sorgenti luminose 2a, 2b, 2c secondo i suddetti angoli ?, ? consente di garantire direzioni di illuminazione sufficientemente diverse ai fini di una ottimale implementazione della tecnica Stereo Fotometrica.

In maggior dettaglio, sono proprio gli angoli di tilt ? molto diversi a determinare i migliori risultati di scannerizzazione. Grazie al fatto che le sorgenti luminose 2a, 2b, 2c presentano angoli di tilt ? diversi tra loro (ed in taluni casi multipli l?uno dell?altro), una distribuzione uniforme delle sorgenti luminose 2a, 2b, 2c intorno all?asse ottico ?A? ? garantita cos? come ? garantita una illuminazione dell?oggetto ?O? da scannerizzare secondo direzioni di illuminazioni sufficientemente differenti tra loro.

In altre parole, le diverse direzioni di illuminazione ai fini di un?ottima implementazione della tecnica Stereo Fotometrica sono determinate principalmente dagli angoli di tilt ? delle sorgenti luminose 2a, 2b, 2c che a loro volta sono determinati dal numero di sorgenti luminose 2a, 2b, 2c impiegate. In tale situazione, l?aggiunta o la rimozione di una o pi? sorgenti luminose 2a, 2b, 2c risulta meno difficoltosa rispetto a quanto accadeva negli scanner noti in quanto ? sufficiente variare la differenza tra gli angoli di tilt ? delle sorgenti luminose che si intendono utilizzare (dividendo 180? per il nuovo numero di sorgenti luminose 2a, 2b, 2c dello scanner piano 100) per ottenere nuovamente uno scanner piano 100 in grado di garantire una sufficiente differenziazione delle direzioni di illuminazione dell?oggetto ?O?.

Il Richiedente, grazie a numerose verifiche e sperimentazioni pratiche, ha riscontrato infatti che, sebbene l?ideale per una implementazione ottimale della tecnica Stereo Fotometrica sia quello di distribuire le sorgenti luminose 2a, 2b, 2c attorno all?asse ottico ?A? secondo angoli di tilt ? pari a 360?/n (con n numero delle sorgenti luminose 2a, 2b, 2c dello scanner 100), tale distribuzione risulta piuttosto rigida e vincolante. Ad esempio, durante la costruzione dello scanner 100 potrebbe essere desiderabile arrangiare sorgenti luminose 2a, 2b, 2c con angoli di tilt ? diversi da angoli pari a 360?/n per fare spazio ad ulteriori dispositivi o comunque per implementare soluzioni tecniche che richiederebbero uno scostamento degli angoli di tilt ? di una o pi? sorgenti luminose 2a, 2b, 2c rispetto al valore ideale.

Il Richiedente, compiendo numerose prove pratiche, ha notato che, poich? nella tecnica Stereo Fotometrica maggiore ? il numero di sorgenti luminose 2a, 2b, 2c (ciascuna avente una direzione di illuminazione differente dalle altre) pi? precisa ? la scannerizzazione, angoli di tilt ? tra loro differenti di un valore maggiore o pari a 180?/n consentono di ottenere risultati di scannerizzazione molto buoni (molto vicini ai risultati ottenuto con angoli di tilt ? pari a 360?/n) e al contempo consentono maggiore flessibilit? di arrangiamento delle sorgenti luminose 2a, 2b, 2c.

In altre parole, il fatto di posizionare le sorgenti luminose 2a, 2b, 2c in modo tale che i rispettivi angoli di tilt ? differiscano tra loro di un valore maggiore o uguale a 180?/n consente di ottenere risultati di scannerizzazione prossimi a quelli ottenuti con angoli di tilt ? ottimali (pari a 360?/n) ma al contempo garantiscono una buona flessibilit? costruttiva dello scanner 100. Il Richiedente ha notato che l?aggiunta di una o pi? sorgenti luminose 2a, 2b, 2c, 2d ulteriori compensa ampiamente la scelta di angoli di tilt ? non ideali. Ad esempio, introducendo nello scanner 100, oggetto del presente trovato, quattro sorgenti luminose 2a, 2b, 2c, 2d aventi angoli di tilt ? differenti di un valore pari o maggiore a 180?/n (figura 2) si ottiene una scannerizzazione migliore rispetto a quella che si otterrebbe con tre sorgenti luminose 2a, 2b, 2c poste ad angoli di tilt ? pari a 360?/n (figura 3).

Nella forma realizzativa preferita, gli angoli di tilt ? di ciascuna sorgente luminosa 2a, 2b, 2c, 2d sono differenti l?uno dall?altro in modo che differiscano di un valore pari o maggiore di 180?/n dove n indica il numero sorgenti luminose 2a, 2b, 2c, 2d presenti nello scanner piano 100 mentre un valore dell?angolo di slant ? ? fissato per ciascuna sorgente luminosa 2a, 2b, 2c, 2d.

Preferibilmente, il valore dell?angolo di slant ? ? fissato a 54.74?. Tale valore viene di norma usato per superfici lambertiane.

Alternativamente, il valore di angolo di slant ? pu? variare, in particolare, variando l?angolo di slant ? delle sorgenti luminose 2a, 2b, 2c, 2d ? possibile ottimizzare la digitalizzazione di materiali a seconda delle loro differenti superfici (ad esempio lucide, extra-lucide o al contrario supermatte).

Alternativamente, gli angoli di tilt ? di ciascuna sorgente luminosa 2a, 2b, 2c sono differenti l?uno dall?altro di un valore maggiore o uguale a 180?/n cos? come anche gli angoli di slant ? di ciascuna sorgente luminosa 2a, 2b, 2c differiscono l?uno dall?altro.

Vantaggiosamente, il fatto che gli angoli di tilt ? differiscano di un valore pari o maggiore a 180?/n garantisce una sufficiente differenziazione tra le direzioni di illuminazione e dunque garantisce risultati buoni nell?implementazione della tecnica Stereo Fotometrica consentendo allo stesso tempo ulteriori e diversificate forme costruttive dello scanner 100 nonch? una buona flessibilit? nell?arrangiamento delle sorgenti di luce 2a, 2b, 2c.

In altre parole, sebbene il posizionamento delle sorgenti luminose 2a, 2b, 2c secondo la suddetta relazione degli angoli di tilt ? sia rigoroso, esso risulta sufficientemente flessibile e tale da consentire di costruire uno scanner 100 con un numero qualsiasi di sorgenti luminose 2a, 2b, 2c semplificando enormemente la progettazione dello scanner 100 stesso e, allo stesso tempo, lasciando ampi margini di flessibilit? costruttiva dello stesso.

Inoltre, dal momento che ciascuna sorgente luminosa 2a, 2b, 2c emette fasci di luce collimata, il piano di scannerizzazione ?, e pi? in dettaglio l?area o la linea di scansione 3, viene illuminato con fasci di luce i cui raggi presentano un angolo di incidenza uniforme.

Lo scanner piano 100, oggetto del presente trovato, risulta versatile, affidabile e dunque in grado di ottimizzare l?implementazione della tecnica Stereo Fotometrica. In tale scanner piano 100 infatti, le ridotte dimensioni dell?area di scansione 3 tipiche degli scanner xy semplificano notevolmente il problema dell?uniformit? di illuminazione in quanto garantiscono che, nel caso in cui venga utilizzato un sensore di tipo matriciale 1b?, i fasci di luce prodotti da ciascuna sorgente luminosa 2a, 2b, 2c incidano sull?area di scansione 3 in maniera sostanzialmente uniforme.

Nello scanner piano 100 oggetto della presente invenzione, il problema del posizionamento delle sorgenti luminose 2a, 2b, 2c risulta dunque notevolmente semplificato in quanto sia una differente direzionalit? dei fasci luminosi emessi da ciascuna sorgente luminosa 2a, 2b, 2c ? garantita dalla differenza dei valori degli angoli di tilt ? sia diventa facile aggiungere ulteriori sorgenti luminose 2a, 2b, 2c. Inoltre, nello scanner piano 100 oggetto della presente invenzione, risulta possibile usare sia un sensore di immagini lineare 1b che un sensore matriciale 1b? senza che modifiche sostanziali allo scanner 100 siano richieste, cosa invece era necessaria allo stato dell?arte.

Un ulteriore vantaggio deriva poi dal fatto che, a differenza degli scanner di arte nota, non vi ? necessit? di sviluppare soluzioni particolarmente complesse e costose per risolvere i problemi di uniformit? di illuminazione nell?area di scansione 3.

Infatti per quello che riguarda l?uniformit? degli angoli di incidenza dei fasci di luce emessi dalle sorgenti luminose 2a, 2b, 2c nell?area di scansione 3, il problema ? risolto utilizzando sorgenti luminose 2a, 2b, 2c in grado di emettere fasci di luce collimata, o come suddetto sostanzialmente collimata.

Mentre per quello che riguarda l?uniformit? di intensit? dei fasci di luce emessi dalle sorgenti luminose 2a, 2b, 2c nell?area di scansione 3, il problema pu? essere risolto con una compensazione realizzata da software e quindi senza imporre ulteriori vincoli all?arrangiamento delle sorgenti luminose 2a, 2b, 2c come invece avviene allo stato dell?arte. Nell?esperienza pratica ? infatti risultato evidente che quando le differenze di intensit? di illuminazione nell?area di scansione 3 non sono particolarmente forti, queste possono essere perfettamente compensate con una operazione di ?flat field? realizzata da un software di acquisizione o direttamente dal sistema ottico 1a. Sono infatti proprio le dimensioni ridotte dell?area di scansione 3, tipiche di uno scanner x,y, a garantire che le differenze di intensit? di illuminazione siano comunque limitate.

Il fatto che lo scanner 100 sia del tipo xy ed il fatto che sia utilizzato un sistema ottico telecentrico 1a o sostanzialmente telecentrico consente di ridurre ulteriormente i problemi di uniformit? della luce in quanto viene garantita sia un?area di scansione ridotta e quindi pi? facile da illuminare sia che i raggi di luce dall?area di scansione 3 al sensore per immagini 1b, 1b? siano collimati.

In altre parole, le sorgenti luminose 2a, 2b, 2c dello scanner 100 emettono raggi di luce sostanzialmente collimati nell?area di scansione 3 e l?ottica il sistema ottico telecentrica telecentrico 1a garantisce che i raggi di luce siano anche sostanzialmente collimati dall?area di scansione al sensore per immagini 1b, 1b? fornendo le condizioni per una implementazione ottimale della tecnica Stereo Fotometrica.

In una forma realizzativa preferita, lo scanner piano 100 pu? comprendere inoltre almeno una sorgente luminosa ausiliaria configurata per illuminare il piano di scannerizzazione ?. Tale sorgente ausiliaria pu? essere posizionata con qualsivoglia angolo rispetto al piano di scannerizzazione ? e rispetto all?asse ottico ?A?.

In uso dunque, per ottenere una ricostruzione di un oggetto ?O? mediante l?uso di uno scanner 100 del tipo xy, oggetto del presente trovato, almeno tre sorgenti luminose 2a, 2b, 2c sono posizionate attorno all?asse ottico ?A? in accordo con gli angoli sopra descritti.

In seguito al posizionamento delle sorgenti luminose 2a, 2b, 2c, un oggetto ?O? da scannerizzare viene posto sul piano di scannerizzazione ? al di sotto del dispositivo di acquisizione 1.

Successivamente, una prima sorgente luminosa 2a viene attivata in modo da illuminare l?oggetto ?O?. In tale situazione, il fascio di luce collimata emessa dalla sorgente luminosa 2a attivata colpisce il piano di scannerizzazione ?, e dunque la porzione di oggetto ?O? giacente lungo la linea o l?area di scansione 3, e viene successivamente riflesso verso il sistema ottico telecentrico 1a. In tale situazione, il sistema ottico telecentrico 1a si occupa di deviare i raggi luminosi del fascio di luce derivante dal piano di scansione ? verso il sensore 1b, 1b? che effettua una vera e propria acquisizione dell?immagine.

Nel caso di un sensore lineare 1b, l?immagine acquisita corrisponder? ad una immagine rappresentativa di una striscia dell?oggetto ?O?, mentre nel caso di un sensore matriciale 1b?, l?immagine acquisita corrisponder? ad una porzione di superficie dell?oggetto ?O?.

Successivamente, la prima sorgente luminosa 2a viene spenta a favore dell?attivazione di una seconda sorgente luminosa 2b che, avendo un angolo di tilt ? (ed eventualmente un angolo di slant ?) differente da quello della prima sorgente luminosa 2a, illumina l?oggetto ?O? da un?ulteriore direzione. In tale situazione, il fascio di luce collimata emessa dalla sorgente luminosa 2b attivata colpisce il piano di scannerizzazione ?, e dunque la porzione dell?oggetto ?O? giacente sulla linea o sull?area di scansione 3, e viene successivamente riflesso verso il sistema ottico telecentrico 1a che devia i raggi luminosi del fascio di luce derivante dal piano di scansione ? verso il sensore di immagini 1b, 1b?.

Successivamente, la seconda sorgente luminosa 2b viene spenta a favore dell?attivazione di una terza sorgente luminosa 2c in modo da illuminare l?oggetto ?O? da un?ulteriore direzione ed in modo da acquisire, anche in questo caso un?immagine dell?oggetto ?O? durante tale stato di illuminazione. Il processo di accensione e spegnimento delle sorgenti luminose 2a, 2b, 2c viene ripetuto per ciascuna delle sorgenti luminose 2a, 2b, 2c presenti nello scanner piano 100.

Una volta che tutte le sorgenti luminose 2a, 2b, 2c sono state accese, ed una volta che il sensore di immagini 1b, 1b? ha acquisito ad ogni accensione una immagine rappresentativa dell?oggetto ?O?, l?oggetto ?O? stesso oppure il dispositivo di acquisizione 1 viene movimentato in modo da consentire una illuminazione progressiva ed una acquisizione di una ulteriore porzione dell?oggetto ?O?.

In una possibile forma realizzativa, lo scanner 100 comprende un sistema di movimentazione (non rappresentato) configurato per movimentare il dispositivo di acquisizione 1 mentre il piano di scannerizzazione ? risulta fermo. In tale situazione, il dispositivo di acquisizione 1 viene movimentato secondo posizioni discrete in modo da acquisire un?immagine dell?oggetto ?O? per ogni posizione discreta.

In un?ulteriore possibile forma realizzativa, lo scanner 100 comprende un sistema di movimentazione (non rappresentato) configurato per movimentare il piano di scannerizzazione ? rispetto al dispositivo di acquisizione 1.

Preferibilmente, il sistema di movimentazione movimenta il piano di scannerizzazione ? lungo direzioni cartesiane orizzontali.

Ancor pi? preferibilmente, il sistema di movimentazione movimenta in una pluralit? di posizioni discrete l?oggetto ?O? stesso in modo tale che il dispositivo di acquisizione 1, ed in particolare il sensore 1b, 1b?, acquisisca un?immagine per ogni posizione discreta.

Ancor pi? preferibilmente, le immagini sono contigue e almeno parzialmente sovrapposte.

Alternativamente, il sistema di movimentazione ? in grado di movimentare simultaneamente il piano di scannerizzazione ? e il dispositivo di acquisizione 1.

In altre parole dunque, una volta acquisite, per ciascuna attivazione delle sorgenti luminose 2a, 2b, 2c, le immagini relative ad una porzione dell?oggetto ?O?, il sistema di movimentazione fa in modo che una nuova porzione dell?oggetto ?O? possa essere scannerizzata. In tale situazione, le sorgenti luminose 2a, 2b, 2c vengono nuovamente selettivamente attivate in modo da acquisire, anche in questo caso, una immagine relativa ad una ulteriore porzione dell?oggetto ?O? durante ciascuna attivazione delle sorgenti stesse.

Le operazioni di azionamento del sistema di movimentazione, di attivazione delle sorgenti luminose 2a, 2b, 2c e dell?acquisizione delle immagini vengono ripetute in successione fino a che tutte le porzioni dell?oggetto ?O? sono state scannerizzate.

Nella forma realizzativa preferita, lo scanner piano 100 comprende inoltre un?unit? di elaborazione configurata per acquisire ed elaborare dati relativi a scansioni successive dell?oggetto ?O?.

Preferibilmente, l?unit? di elaborazione ? ulteriormente configurata per applicare una correzione del tipo flat-field alle immagini acquisite mediante il dispositivo di acquisizione 1. Come precedentemente anticipato, ? infatti possibile che nello scanner piano 100 l?intensit? luminosa dei fasci di luce emessi da ciascuna sorgente luminosa 2a, 2b, 2c ? sia disuniforme sull?area di scansione 3 e le immagini rappresentative dell?oggetto ?O? presentano quindi dei difetti dovuti all?intensit? di illuminazione. Tali difetti sono di norma limitati e dunque facilmente correggibili e compensabili con la correzione flat-field.

Vantaggiosamente, l?applicazione della correzione del tipo flat-field consente dunque di eliminare le disuniformit? di intensit? delle diverse sorgenti luminose via software e senza quindi che vi sia necessit? di risolvere il problema adottando complesse soluzioni di arrangiamento e posizionamento delle sorgenti luminose 2a, 2b, 2c come invece accadeva allo stato dell?arte.

Nella forma realizzativa preferita, l?unit? di elaborazione e controllo ? inoltre configurata per attivare selettivamente le sorgenti luminose 2a, 2b, 2c una per volta, attivare il dispositivo di acquisizione 1 per acquisire un?immagine per ogni attivazione delle singole sorgenti luminose 2a, 2b, 2c e per elaborare le immagini acquisite definendo un?immagine rappresentativa dell?oggetto da scannerizzare ?O? disposto sul piano di scannerizzazione ?.

Facendo ora riferimento alle forme realizzative mostrate nelle allegate figure, in figura 2 ? mostrato uno schema di uno scanner 100 in accordo con il presente trovato. In particolare, tale scanner 100 comprende quattro sorgenti luminose 2a, 2b, 2c, 2d. Tali sorgenti luminose 2a, 2b, 2c, 2d sono schematizzate come punti ma esse possono essere sorgenti luminose diffuse (ad esempio puntiformi) poste ad una distanza tale dal piano di scannerizzazione ? da potersi considerare sostanzialmente collimate oppure sorgenti luminose 2a, 2b, 2c, 2d in grado di emettere luce collimata.

Tali sorgenti luminose 2a, 2b, 2c, 2d presentano angoli di tilt ? che differiscono tra loro di un valore pari o maggiore di 180?/n.

In particolare, in tale forma realizzativa, le sorgenti luminose 2a, 2b, 2c ,2d presentano rispettivamente angoli di tilt ? pari a 115?, 55?, 120? e 70?.

In tale forma realizzativa, la distribuzione delle sorgenti luminose 2a, 2b, 2c, 2d secondo i suddetti angoli di tilt ? consente sia di ottenere una scannerizzazione di ottima qualit? secondo la tecnica Stereo Fotometrica sia, al contempo, di mantenere una certa flessibilit? costruttiva dello scanner 100, ad esempio diventa possibile inserire tra le sorgenti luminose 2a e 2b un eventuale dispositivo addizionale. In particolare, come mostrato, tra le sorgenti 2a e 2b ? possibile introdurre anche un dispositivo particolarmente ingombrante proprio grazie all?ampio angolo di tilt ? (pari a 120?). Nel caso di una distribuzione delle sorgenti luminose 2a, 2b, 2c, 2d secondo angoli di tilt ? ideali, quindi pari a 90? (360?/n), questa introduzione potrebbe non essere possibile.

In uso dunque, la prima sorgente luminosa 2a viene attivata ed i raggi luminosi del fascio collimato illuminano l?area di scansione 3 con il medesimo angolo di incidenza. Tali raggi vengono successivamente riflessi verso il sistema ottico telecentrico 1a e dunque verso il sensore che acquisisce l?immagine relativa alla porzione dell?oggetto ?O? giacente nell?area di scansione 3. Il processo di attivazione ed acquisizione dell?immagine viene ripetuto per la seconda, la terza e la quarta sorgente luminosa 2b, 2c, 2d. Al termine di tali operazioni, il sistema di movimentazione viene azionato in modo che un?ulteriore porzione dell?oggetto ?O? giaccia nell?area di scannerizzazione 3 e venga alternativamente illuminato dalle sorgenti luminose 2a, 2b, 2c, 2d. Le fasi di movimentazione, illuminazione e acquisizione delle immagini prosegue fintanto che l?intero oggetto ?O? ? stato scannerizzato.

In figura 3 ? mostrato uno scanner piano 100 presentante un dispositivo di acquisizione 1 comprendente un sensore matriciale 1b?, vale a dire un sensore definente un?area di scansione 3 in cui sono acquisite immagini relative ad una porzione dell?oggetto ?O? giacente in tale area di scansione 3, ed un sistema ottico telecentrico 1a in modo da facilitare la giuntabilit? delle immagini acquisite dal sensore matriciale 1b?. Dal momento che lo scanner piano 100 ? del tipo xy, le dimensioni dell?area di scansione 3 sono contenute e dunque si ? scelto di inserire nello scanner piano 100 tre sorgenti luminose 2a, 2b, 2c puntiformi (e quindi diffuse) poste ad una distanza sufficientemente elevata dall?area di scansione 3 in modo tale che il fascio di luce emesso da ciascuna possa essere considerato collimato sull?area di scansione 3. In altre parole, le sorgenti luminose 2a, 2b, 2c sono distanziate rispetto all?area di scansione 3 in modo tale da garantire un sufficiente parallelismo dei raggi di luce e quindi una sufficiente uniformit? di angoli di incidenza del fascio di luce nell?area di scansione 3. In particolare, le tre sorgenti luminose 2a, 2b, 2c presentano ciascuna un angolo di slant ? pari a 55?. In tale situazione, lo scanner piano 100 risulta ottimizzato per superfici lambertiane. Le sorgenti luminose 2a, 2b, 2c presentano inoltre angoli di tilt ? di tipo ottimale per l?implementazione della tecnica Stereo Fotometrica, ossia tali angoli differiscono tra loro di 120? (360?/n con n uguale a tre).

In tale forma realizzativa, a differenza della forma realizzativa mostrata in figura 2, le sorgenti luminose 2a, 2b, 2c sono solo tre e sono distribuite secondo angoli di tilt ? ottimali. In tale situazione, la qualit? di scannerizzazione ottenuta mediante lo scanner 100 risulta minore rispetto a quella ottenuta con lo scanner di figura 2 in cui vi erano quattro sorgenti luminose 2a, 2b, 2c, 2d seppur aventi angoli di tilt ? differenti da quelli ottimali.

Dopo numero verifiche infatti, come suddetto, il Richiedente ha notato che poich? nella tecnica Stereo Fotometrica maggiore ? il numero di sorgenti luminose 2a, 2b, 2c (ciascuna avente una direzione di illuminazione differente dalle altre) pi? precisa ? la scannerizzazione, un numero di sorgenti luminose 2a, 2b, 2c, 2d elevato seppur aventi angoli di tilt ? tra loro differenti di un valore maggiore o pari a 180?/n (e dunque un valore non ottimale) consentono di ottenere risultati di scannerizzazione ancora molto buoni (molto vicini ai risultati ottenuto con angoli di tilt ? ottimali pari a 360?/n) e superiori rispetto ad uno scanner 100 con un numero di sorgenti luminose minore 2a, 2b, 2c ma posizionate secondo angoli di tilt ? ottimali.

Vantaggiosamente dunque, la distribuzione delle sorgenti luminose 2a, 2b, 2c, 2d secondo gli angoli di tilt ?, rivendicati nel presente trovato, consente di ottenere una buona qualit? di scannerizzazione e al contempo consente maggiore flessibilit? di arrangiamento e/o aggiunta delle sorgenti luminose 2a, 2b, 2c.

Con riferimento ora alla figura 4, essa mostra uno scanner piano 100 del tipo xy comprendente quattro sorgenti luminose 2a, 2b, 2c, 2d realizzate ognuna con una matrice di LED dotati di lenti atte a concentrare e collimare la luce nell?area di scansione 3 per garantire un ottimale parallelismo dei raggi di luce e quindi una ottimale uniformit? di angoli di incidenza della luce nell?area di scansione 3. In tale forma realizzativa, le sorgenti luminose 2a, 2b, 2c, 2d presentano tutte un angolo di slant ? pari a 55? mentre presentano angoli di tilt ? tali da presentare una differenza di valori pari o maggiore di 180?/n con n pari a quattro (ad esempio 120?, 55?, 115?, 70?). In tale forma realizzativa, lo scanner piano 100 comprende un sensore di immagini di tipo matriciale 1b? ed un sistema ottico tradizionale 1a in cui la lente ? posta ad una distanza tale dal piano di scannerizzazione ? per cui essa agisce come una lente di tipo telecentrico garantendo quindi una buona giuntabilit? delle immagini acquisite.

Per ridurre le dimensioni complessive dello scanner 100 rispetto a quelle mostrate in figura 3 o 4 in cui o le sorgenti luminose 2a, 2b, 2c o il dispositivo di acquisizione 1 erano posti ad una grande distanza dall?area di scansione 3 per garantire una collimazione della luce o per fungere da ottica telecentrica, nello scanner piano 100 di figura 5 sono state introdotte sia sorgenti luminose 2a, 2b, 2c, 2d dotate di elementi di collimazione sia un sistema ottico 1a dotato di una lente telecentrica.

In particolare, nello scanner di figura 5, sono state introdotte quattro sorgenti luminose 2a, 2b, 2c, 2d realizzate ognuna con una matrice di LED dotati di lenti atte a concentrare e collimare la luce nell?area di scansione 3 per garantire un ottimale parallelismo dei raggi di luce e quindi una ottimale uniformit? di angoli di incidenza della luce nell?area di scansione 3.

Nella forma realizzativa di figura 6, ? invece rappresentato uno scanner piano 100 il cui dispositivo di acquisizione 1 comprende un sensore lineare 1b, vale a dire un sensore capace di acquisire immagini relative ad una striscia dell?oggetto ?O? giacente lungo una linea di scansione 3, ed un sistema ottico telecentrico 1a in modo da facilitare la giuntabilit? delle immagini acquisite dal sensore lineare 1b. Lo scanner piano 100 comprende inoltre quattro sorgenti luminose 2a, 2b, 2c, 2d realizzate ognuna con una matrice di LED dotati di lenti atte a concentrare e collimare la luce nella linea di scansione 3.

In particolare, in tale forma realizzativa, le sorgenti luminose presentano angoli di tilt ? ottimali o comunque tali da presentare tra loro una differenza pari o maggiore di 180?/n con n numero di sorgenti luminose 2a, 2b, 2c, 2d. Per quanto concerne gli angoli di slant ? invece, due delle sorgenti luminose 2a, 2b presentano un angolo di slant ? pari a 60? mentre le restanti due presentano un angolo di slant ? pari a 45?.

Il presente trovato raggiunge gli scopi preposti eliminando gli inconvenienti emersi dall?arte nota.

In particolare il posizionamento delle sorgenti luminose 2a, 2b, 2c rende lo scanner piano 100 versatile, ottimizzato per l?implementazione della tecnica Stereo Fotometrica ed in grado di essere utilizzato sia con sensori ottici lineari 1b che matriciali 1b?.

In altre parole, lo scanner piano 100 supera gli inconvenienti riguardanti il posizionamento delle sorgenti luminose 2a, 2b, 2c garantendo una uniformit? a livello di angoli di incidenza dei fasci di luce ed una ridotta disuniformit? a livello di intensit? dei fasci di luce nell?area di scansione, facilmente compensabile via ?flat-field?.

Il posizionamento delle sorgenti luminose 2a, 2b, 2c rivendicato consente di ottenere uno scanner 100 in cui l?introduzione di una o pi? sorgenti luminose ulteriori, il loro arrangiamento ed il loro posizionamento sono precisi ma al contempo semplici in modo da semplificare enormemente la progettazione di uno scanner 100 di questo tipo ed allo stesso tempo lasciare ampi margini di flessibilit? costruttiva.

Il presente trovato consente di trovare una soluzione generalizzata al problema di come disporre ed arrangiare le sorgenti luminose in uno scanner 100 adatto ad implementare la tecnica Stereo Fotometrica. In particolare, il presente trovato introduce una formulazione che consente di costruire uno scanner 100 con un numero qualsiasi di sorgenti luminose definendo in maniera sufficientemente precisa gli angoli (di tilt ? e slant ?) delle sorgenti luminose 2a, 2b, 2c ed i relativi vincoli di arrangiamento e di posizionamento.

Claims (17)

RIVENDICAZIONI

1. Scanner piano (100) del tipo xy configurato per implementare la tecnica Stereo Fotometrica, detto scanner piano (100) comprendendo:

- un piano di scannerizzazione (?) su cui ? posizionabile un oggetto (O) da scannerizzare;

- un dispositivo di acquisizione (1) disposto lungo un asse ottico verticale (A) e perpendicolare a detto piano di scannerizzazione (?), detto dispositivo di acquisizione (1) essendo configurato per acquisire almeno un?immagine di detto oggetto da scannerizzare;

- almeno tre sorgenti luminose (2a, 2b, 2c) selettivamente attivabili per emettere un fascio di luce collimata su detto piano di scannerizzazione (?), ciascuna sorgente luminosa (2a, 2b, 2c) definendo un angolo di tilt (?) compreso tra una proiezione di detta sorgente luminosa (2a, 2b, 2c) su detto piano di scannerizzazione (?) ed un asse di riferimento (B) giacente sul piano di scannerizzazione (?) e un angolo di slant (?) compreso tra la sorgente luminosa (2a, 2b, 2c) e detto asse ottico (A), dette sorgenti luminose (2a, 2b, 2c) essendo angolarmente distribuite attorno a detto asse ottico (A) in modo tale che ciascuna sorgente luminosa (2a, 2b, 2c) presenti un angolo di slant (?) compreso tra 20? e 80? ed una angolo di tilt (?) tale da differire dagli angoli di tilt (?) delle altre sorgenti luminose (2a, 2b, 2c) di un valore maggiore o uguale a 180?/n dove n corrisponde al numero delle sorgenti luminose (2a, 2b, 2c).

2. Scanner (100) secondo la rivendicazione 1, in cui detto dispositivo di acquisizione (1) comprende un sistema ottico telecentrico (1a).

3. Scanner (100) secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detto dispositivo di acquisizione (1) comprende un sensore per immagini lineare (1b) o un sensore per immagini matriciale (1b?).

4. Scanner (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui dette almeno tre sorgenti luminose (2a, 2b, 2c) presentano il medesimo angolo di slant (?).

5. Scanner (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti da 1 a 3, in cui dette almeno tre sorgenti luminose (2a, 2b, 2c) presentano angoli di slant (?) tra loro differenti.

6. Scanner (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente un sistema di movimentazione configurato per movimentare il piano di scannerizzazione (?) rispetto al dispositivo di acquisizione (1).

7. Scanner (100) secondo la rivendicazione precedente, in cui detto sistema di movimentazione movimenta il piano di scannerizzazione (?) lungo direzioni cartesiane orizzontali.

8. Scanner (100) secondo la rivendicazione 6 o 7, in cui detto sistema di movimentazione movimenta in una pluralit? di posizioni discrete detto oggetto (O) ed in cui il dispositivo di acquisizione (1) acquisisce un?immagine per ogni posizione discreta.

9. Scanner (100) secondo la rivendicazione 8, in cui dette immagini sono contigue e almeno parzialmente sovrapposte.

10. Scanner (100) secondo una o pi? delle precedenti rivendicazioni da 1 a 5, comprendente un sistema di movimentazione configurato per movimentare detto dispositivo di acquisizione (1) rispetto al piano di scannerizzazione (?).

11. Scanner (100) secondo la rivendicazione 10, in cui detto sistema di movimentazione movimenta il dispositivo di acquisizione (1) in una pluralit? di posizioni discrete in modo che il dispositivo di acquisizione (1) acquisisca un?immagine dell?oggetto (O) per ogni posizione discreta, preferibilmente dette immagini essendo contigue e almeno parzialmente sovrapposte.

12. Scanner (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre un?unit? di elaborazione configurata per acquisire ed elaborare dati relativi a scansioni successive di detto oggetto (O).

13. Scanner (100) secondo la rivendicazione 12, in cui detta unit? di elaborazione ? ulteriormente configurata per applicare una correzione del tipo flat-field a dette immagini acquisite mediante il dispositivo di acquisizione (1).

14. Scanner (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente almeno una sorgente luminosa ausiliaria configurata per illuminare detto piano di scannerizzazione (?).

15. Scanner (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui dette almeno tre sorgenti luminose (2a, 2b, 2c) sono selezionabili tra: array di luci LED; matrici di luci LED; illuminatori telecentrici.

16. Scanner (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui le almeno tre sorgenti luminose (2a, 2b, 2c) comprendono rispettivi deflettori meccanici configurati per direzionare il rispettivo fascio di luce collimata sul piano di scannerizzazione (?).

17. Scanner (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui l?unit? di controllo ? configurata per:

- attivare selettivamente le sorgenti luminose (2a, 2b, 2c) una per volta; - attivare il dispositivo di acquisizione (1) per acquisire un?immagine per ogni attivazione delle singole sorgenti luminose (2a, 2b, 2c);

- elaborare le immagini acquisite definendo un?immagine rappresentativa di un oggetto da scannerizzare (O) disposto su detto piano di scannerizzazione (?).