IT202100003302A1

IT202100003302A1 - THREE-DIMENSIONAL SCANNING SYSTEM

Info

Publication number: IT202100003302A1
Application number: IT102021000003302A
Authority: IT
Inventors: Gabrielmaria Scozzarro; Duccio LENKOWICZ
Original assignee: Holey S R L
Priority date: 2021-02-15
Filing date: 2021-02-15
Publication date: 2022-08-15

Description

SISTEMA DI SCANSIONE TRIDIMENSIONALE THREE-DIMENSIONAL SCANNING SYSTEM

DESCRIZIONE DESCRIPTION

La presente invenzione si riferisce ad un sistema per la scansione tridimensionale di un oggetto nello spazio, per ricostruirne un modello digitale. In particolare, il sistema secondo la presente invenzione pu? trovare applicazione nella scansione tridimensionale di parti del corpo umano, per la realizzazione di modelli digitali di tali parti, finalizzata - ad esempio - alla costruzione di tutori. The present invention refers to a system for three-dimensional scanning of an object in space, to reconstruct a digital model thereof. In particular, the system according to the present invention can find application in the three-dimensional scanning of parts of the human body, for the creation of digital models of these parts, aimed - for example - at the construction of braces.

Background background

I sistemi per l?acquisizione in formato digitale di informazioni tridimensionali di oggetti nello spazio sono numerosi ed hanno assunto negli ultimi anni un'importanza sempre pi? rilevante. Le applicazioni sono le pi? svariate ma il sistema che verr? proposto ? stato progettato in modo particolare ma non esclusivo per l?acquisizione di immagini tridimensionali del corpo umano. There are many systems for acquiring three-dimensional information about objects in space in digital format and in the last few years they have become increasingly important. relevant. The applications are the most? various, but the system that will come? proposed ? it has been designed in a particular but not exclusive way for the acquisition of three-dimensional images of the human body.

Le varie tecniche di acquisizione possono essere principalmente divise in due approcci: ?a contatto? e ?non a contatto?. Per ragioni pratiche e sanitarie le principali tecniche utilizzate nell?acquisizione di parti del corpo umano sono quelle non a contatto. Di queste esistono due ulteriori sottocategorie: ?ottiche? e ?non ottiche?. Le tecniche ottiche sfruttano la riflessione di un?onda luminosa sull?oggetto di cui si desidera acquisire le dimensioni, mentre quelle non ottiche sfruttano la riflessione di onde sonore o elettromagnetiche fuori dallo spettro del visibile. Tutte queste soluzioni presentano, nelle loro varie declinazioni, numerosi vantaggi e svantaggi rendendo il loro utilizzo specifico per ogni campo di applicazione. Ad esempio, i sistemi basati su tecniche ottiche che sfruttano come onda luminosa un fascio laser o un diodo infrarosso sono molto suscettibili alla luce solare e quindi inefficaci se utilizzate in spazi aperti. The various acquisition techniques can be mainly divided into two approaches: ?contact? and ?not in contact?. For practical and health reasons, the main techniques used in the acquisition of parts of the human body are non-contact techniques. Of these there are two further sub-categories: ?optics? and ?non-optical?. Optical techniques exploit the reflection of a light wave on the object whose dimensions are to be acquired, while non-optical ones exploit the reflection of sound or electromagnetic waves outside the visible spectrum. All these solutions have, in their various forms, numerous advantages and disadvantages, making their use specific for each field of application. For example, systems based on optical techniques that exploit a laser beam or an infrared diode as a light wave are very susceptible to sunlight and therefore ineffective if used in open spaces.

Il sistema che verr? proposto, ? in grado di operare con tutte le tecniche che non prevedono contatto e che restituiscono informazioni tridimensionali in formato digitale, le tecniche che verranno illustrate saranno quelle che massimizzano la qualit? di scansione nello scenario di utilizzo preferibile che ? all?interno di una struttura sanitaria. The system that will come proposed, ? able to operate with all the techniques that do not involve contact and that return three-dimensional information in digital format, the techniques that will be illustrated will be those that maximize the quality? of scanning in the preferable use scenario that ? within a health facility.

Le telecamere DRGB (Deep-RGB) sono delle soluzioni di acquisizione di immagini tridimensionali insieme ad immagini bidimensionali a colori e sfruttano la tecnica di visione stereo ( "3D Vision: Developing an Embedded Stereo-Vision System", doi: 10.1109/MC.2007.151.). Sono costituite da due sensori di immagine esclusivamente dedicati alla cattura tridimensionale dell?immagine e uno per le immagini RGB. Questo tipo di dispositivo ha il grande vantaggio di acquisire molte informazioni in un lasso di tempo molto breve la cui qualit? per? ? vincolata alla risoluzione delle immagini che vengono acquisite. La tecnologia Lidar permette di raccogliere l?informazione tridimensionale degli oggetti grazie all?emissione di una onda luminosa e la distanza dell'oggetto ? determinata misurando il tempo trascorso fra l'emissione dell'impulso e la ricezione del segnale retrodiffuso. La sorgente di un sistema Lidar ? un laser, ovvero un fascio coerente di luce a una precisa lunghezza d'onda, inviato verso il sistema da osservare. Come mostrato ad esmpio in R. Wang, X. Lai and W. Hou, "Study on Edge Detection of LIDAR Point Cloud," la tecnica Lidar ? particolarmente indicata per catturare in modo dettagliato i contorni di un oggetto con per? il limite di essere particolarmente sensibile a forti variazioni della luminosit? ambientale che vanno ad interferire con il fascio laser inviato verso l?oggetto. DRGB (Deep-RGB) cameras are solutions for acquiring three-dimensional images together with two-dimensional color images and exploit the stereo vision technique ("3D Vision: Developing an Embedded Stereo-Vision System", doi: 10.1109/MC.2007.151 .). They consist of two image sensors exclusively dedicated to three-dimensional image capture and one for RGB images. This type of device has the great advantage of acquiring a lot of information in a very short period of time, the quality of which is? For? ? bound to the resolution of the images that are acquired. Lidar technology allows you to collect the three-dimensional information of objects thanks to the emission of a light wave and the distance of the object? determined by measuring the elapsed time between the emission of the pulse and the reception of the backscattered signal. The source of a Lidar system ? a laser, i.e. a coherent beam of light at a precise wavelength, sent towards the system to be observed. As shown for example in R. Wang, X. Lai and W. Hou, "Study on Edge Detection of LIDAR Point Cloud," the Lidar technique ? particularly suitable for capturing in detail the contours of an object with for? the limit of being particularly sensitive to strong variations in brightness? environment that interfere with the laser beam sent towards the object.

La tecnica a luce strutturata utilizza la proiezione di uno o pi? pattern geometrici codificati verso l?oggetto, i quali deformandosi sulle superfici permettono ad un sistema che abbia una o pi? telecamere di rilevare le immagini e riconoscere la forma e volume. Come mostrato ad esempio in M. Atif and S. Lee, "Adaptive Pattern Resolution for Structured Light 3D Camera System", i pattern di luce strutturata possono essere costituiti da frange codificate o punti proiettati in maniera casuale o secondo schemi predefiniti, come ad esempio secondo la codifica di un QR code. Questa tecnica ha come limite la dimensione dell?oggetto, infatti la dimensione della proiezione del pattern geometrico deve essere commisurata all?oggetto da scansionare e quindi oggetti di grosse dimensioni dovranno essere posizionati ad una certa distanza dal proiettore, con la conseguente diminuzione dell?accuratezza. The structured light technique uses the projection of one or more? geometric patterns codified towards the object, which by deforming on the surfaces allow a system that has one or more? cameras detect images and recognize the shape and volume. As shown for example in M. Atif and S. Lee, "Adaptive Pattern Resolution for Structured Light 3D Camera System", structured light patterns can consist of coded fringes or dots projected randomly or in predefined patterns, such as according to the encoding of a QR code. This technique is limited by the size of the object, in fact the size of the projection of the geometric pattern must be commensurate with the object to be scanned and therefore large objects must be positioned at a certain distance from the projector, with the consequent decrease in accuracy .

Problema tecnico risolto dall?invenzione Technical problem solved by the invention

Scopo della presente invenzione ? quello di risolvere i problemi lasciati aperti dalla tecnica nota, fornendo un modulo funzionale come definito nella rivendicazione indipendente n.1. Purpose of the present invention? that of solving the problems left unsolved by the prior art, providing a functional module as defined in the independent claim n.1.

Ulteriore oggetto della presente invenzione ? un apparato di scansione come definito nella rivendicazione 11. Further object of the present invention ? a scanning apparatus as defined in claim 11.

Ulteriori caratteristiche della presente invenzione sono definite nelle corrispondenti rivendicazioni dipendenti. Further characteristics of the present invention are defined in the corresponding dependent claims.

Il sistema proposto presenta una soluzione in grado di sfruttare i punti di forza di ciascuna delle tecniche descritte sopra, ottimizzandone l?uso in combinazione. La presente invenzione fornisce un apparato innovativo per la scansione di parti anatomiche di diverse dimensioni in maniera automatica ed ottimizzata. The proposed system presents a solution capable of exploiting the strengths of each of the techniques described above, optimizing their use in combination. The present invention provides an innovative apparatus for scanning anatomical parts of different sizes in an automatic and optimized manner.

Altri vantaggi, assieme alle caratteristiche ed alle modalit? di impiego della presente invenzione, risulteranno evidenti dalla seguente descrizione dettagliata di sue forme di realizzazione preferite, presentate a scopo esemplificativo e non limitativo. Other advantages, together with the characteristics and modalities? of use of the present invention, will become evident from the following detailed description of preferred embodiments thereof, presented by way of non-limiting example.

Breve descrizione delle figure Brief description of the figures

Nel seguito di questa descrizione verr? fatto riferimento ai disegni riportati nelle figure allegate, in cui: In the continuation of this description will come? with reference to the drawings shown in the attached figures, in which:

? la figura 1 ? una vista laterale di un apparato secondo la presente invenzione; ? figure 1 ? a side view of an apparatus according to the present invention;

? le figure 2A, 2B, 3A, 3B, sono viste assonometriche che rappresentano schematicamente un modulo con funzionalit? attiva e le sue componenti principali; ? figures 2A, 2B, 3A, 3B are axonometric views which schematically represent a module with functionalities active and its main components;

? La figura 4 ? una vista assonometrica schematica che rappresenta un modulo con funzionalit? strutturale e le sue componenti principali; ? La figura 5 mostra un apparato oggetto della presente invenzione equipaggiato con i moduli funzionali secondo una delle possibili configurazioni; ? Figure 4 ? a schematic isometric view that represents a module with functionality? structural and its main components; ? Figure 5 shows an apparatus object of the present invention equipped with the functional modules according to one of the possible configurations;

? La figura 6 mostra un apparato oggetto della presente invenzione equipaggiato con i moduli funzionali secondo una ulteriore possibile configurazione; ? Figure 6 shows an apparatus object of the present invention equipped with the functional modules according to a further possible configuration;

? Le figure 7A e 7B, rappresentano un esempio del processo di suddivisione della nuvola di punti acquisita dal sistema oggetto della presente invenzione, in diversi cluster che presentino caratteristiche semantiche e geometriche comparabili; ? Figures 7A and 7B represent an example of the process of subdividing the point cloud acquired by the system object of the present invention into different clusters which have comparable semantic and geometric characteristics;

? La figura 7C mostra una successiva suddivisione in celle della nuvola di punti precedentemente suddivisa in diversi cluster semantici; ? Figure 7C shows a subsequent subdivision into cells of the point cloud previously divided into different semantic clusters;

? La figura 8 rappresenta a titolo esemplificativo la suddivisione in celle della nuvola di punti del segmento anatomico di cui si sono acquisite le informazioni tridimensionali; ? Figure 8 represents by way of example the subdivision into cells of the point cloud of the anatomical segment of which the three-dimensional information has been acquired;

? Le figure 9A e 9B mostrano un esempio del processo di analisi della conformit? anatomica della scansione tridimensionale acquisita dal dispositivo oggetto della presente invenzione, tale che se la scansione ottenuta risulti non conforme con un valore CL inferiore a 0,9 venga scartata e si avvisi l?operatore; ? Figures 9A and 9B show an example of the compliance analysis process? anatomical analysis of the three-dimensional scan acquired by the device object of the present invention, such that if the scan obtained is non-compliant with a CL value lower than 0.9, it is rejected and the operator is notified;

? La figura 10 rappresenta il processo iterativo di individuazione della posizione ottimale di un modulo funzionale attivo tale che il centro del campo visivo del modulo, oggetto del processo, venga posizionato il pi? possibile in corrispondenza della cella che presenta un?insufficiente qualit?; ? Figure 10 represents the iterative process of identifying the optimal position of an active functional module such that the center of the visual field of the module, object of the process, is positioned as close as possible to the position. possible in correspondence with the cell that presents an?insufficient quality?;

? La figura 11 mostra il flusso di operazioni svolte dal dispositivo oggetto della presente invenzione tale che la scansione tridimensionale desiderata del segmento anatomico sia della miglior qualit? possibile; e ? La figura 12 rappresenta il flusso di operazioni svolte dal dispositivo tale che, in funzione dei processi di analisi qualitativa posti in essere, venga suggerito all?operatore il posizionamento del corretto modulo funzionale attivo che determini un incremento qualitativo del modello tridimensionale del segmento anatomico. ? Figure 11 shows the flow of operations carried out by the device object of the present invention such that the desired three-dimensional scan of the anatomical segment is of the best quality. possible; And ? Figure 12 represents the flow of operations performed by the device such that, depending on the qualitative analysis processes implemented, the operator is prompted to position the correct active functional module which determines a qualitative increase in the three-dimensional model of the anatomical segment.

Descrizione dettagliata di forme di realizzazione preferite Detailed description of preferred embodiments

La presente invenzione sar? di seguito descritta facendo riferimento alle figure suindicate. The present invention will be described below with reference to the above figures.

In particolare, la figura 1 mostra, a titolo esemplificativo, un apparato 100 secondo la presente invenzione. In particular, Figure 1 shows, by way of example, an apparatus 100 according to the present invention.

Un apparato 100 secondo la presente invenzione prevede un braccio di scansione 50 girevolmente connesso ad una base 101 ed un motore 102 configurato per azionare un meccanismo di trasmissione 103 per mettere in rotazione detto braccio 50. An apparatus 100 according to the present invention provides a scanning arm 50 rotatably connected to a base 101 and a motor 102 configured to operate a transmission mechanism 103 to rotate said arm 50.

L?apparato comprende inoltre un?unit? di controllo 110. The apparatus also includes a unit? control 110.

Il braccio 50 ha, secondo l?invenzione, una struttura a configurazione variabile, formata da una pluralit? di moduli funzionali e/o strutturali, tra cui almeno un modulo primario prossimale 111 configurato per la connessione elettrica all?unit? di controllo 110 e per la connessione meccanica al meccanismo di trasmissione 103, ed un modulo terminale distale 112 con funzione di acquisizione di immagini tridimensionali. The arm 50 has, according to the invention, a structure with a variable configuration, formed by a plurality of of functional and/or structural modules, including at least one proximal primary module 111 configured for electrical connection to the unit? control module 110 and for the mechanical connection to the transmission mechanism 103, and a distal terminal module 112 with the function of acquiring three-dimensional images.

Il corpo centrale dell?apparato 100 contiene i componenti elettronici necessari alla gestione di tutte le potenze e i segnali per l?unit? motore, per i moduli e per la connessione con un computer che elabora tramite software le informazioni tridimensionali ricevute dai sensori presenti nei vari moduli, come sar? descritto nel dettaglio pi? avanti. The central body of the apparatus 100 contains the electronic components necessary for the management of all the powers and signals for the unit? engine, for the modules and for the connection with a computer that processes through software the three-dimensional information received from the sensors present in the various modules, as will be? described in more detail after you.

Le figure da 2A a 4 mostrano, schematicamente ed in via esemplificativa, alcuni possibili moduli funzionali secondo l?invenzione. Figures 2A to 4 show, schematically and by way of example, some possible functional modules according to the invention.

In particolare, ciascun modulo funzionale per la configurazione del braccio di scansione mobile 50 dell?apparato 100 comprende un corpo 2, primi mezzi di connessione elettrica 3 con altri moduli funzionali, e primi mezzi di connessione meccanica 5 per la connessione con altri moduli funzionali 1. In particular, each functional module for configuring the mobile scanning arm 50 of the apparatus 100 comprises a body 2, first electrical connection means 3 with other functional modules, and first mechanical connection means 5 for connection with other functional modules 1 .

I moduli funzionali possono avere una funzionalit? attiva oppure semplicemente di struttura. Can functional modules have a functionality? active or simply structural.

Quelli con funzionalit? attiva, qui indicati con i numeri 112, 210, 211, hanno una dotazione di sensori e/o dispositivi funzionali al miglioramento della scansione tridimensionale mentre i moduli con funzionalit? di struttura non presentano nessun dispositivo a bordo ed hanno principalmente una funzione strutturale. Those with functionality? active, indicated here with the numbers 112, 210, 211, have an endowment of sensors and/or devices functional to the improvement of the three-dimensional scanning while the modules with functionality? of structure they do not have any device on board and have mainly a structural function.

Pi? in particolare, le figure 2A e 2B mostrano un modulo funzionale 211 dotato di un dispositivo 20 (anch?esso schematizzato in figura) di acquisizione o comunque funzionale all?acquisizione di immagini. Le due figura mostrano rispettivamente i due lati estremi del modulo, mettendo in evidenza la tipologia di mezzi di connessione presenti nel modulo. Pi? in particular, figures 2A and 2B show a functional module 211 equipped with an acquisition device 20 (also schematically shown in the figure) or in any case functional for the acquisition of images. The two figures respectively show the two extreme sides of the module, highlighting the type of connection means present in the module.

I mezzi di connessione meccanica, schematicamente indicati con 5, 5?, ed i mezzi di connessione elettrica schematicamente indicati con 3, 3?. Sui due lati del modulo, ad esempio, i mezzi di connessione possono essere previsti di tipo opposto, maschio da un lato e femmina dall?altro, per facilitare il collegamento in successione di pi? moduli. The mechanical connection means, schematically indicated with 5, 5?, and the electrical connection means, schematically indicated with 3, 3?. On the two sides of the module, for example, the connection means can be provided of the opposite type, male on one side and female on the other, to facilitate the connection in succession of several modules. forms.

? da intendersi che la specifica realizzazione dei mezzi di connessione elettrica e meccanica potr? variare in funzione della progettazione specifica del sistema, e devono comunque ritenersi dettagli costruttivi alla portata di un tecnico del settore. ? to be understood that the specific realization of the means of electrical and mechanical connection could? vary according to the specific design of the system, and must in any case be considered construction details within the reach of a technician in the sector.

I moduli funzionali possono avere un corpo principale di forma sostanzialmente lineare lungo una direzione longitudinale A oppure una forma sostanzialmente a ?L?, presentando i primi mezzi di connessione meccanica 5 in corrispondenza di un?estremit? distale D e/o di un?estremit? opposta prossimale P del corpo 2. The functional modules can have a substantially linear main body along a longitudinal direction A or a substantially ?L? shape, presenting the first mechanical connection means 5 at one end? distal D and/or one? extremity? proximal opposite P of body 2.

Secondo la presente invenzione, un modulo funzionale pu? comprende dispositivi e/o sensori 20 che lo rendono funzionale all?acquisizione dell?immagine. In particolare, quindi, un modulo pu? comprendere uno o pi? dispositivi di acquisizione di immagini tridimensionali. According to the present invention, a functional module can it comprises devices and/or sensors 20 which make it functional for the acquisition of the image. In particular, therefore, a module pu? include one or more three-dimensional imaging devices.

Almeno uno di questi dispositivi di acquisizione di immagini tridimensionali ?, vantaggiosamente, una telecamera DRGB. At least one of these three-dimensional image acquisition devices is, advantageously, a DRGB camera.

Alternativamente, un modulo funzionale pu? comprendere un sensore di acquisizione basato su tecnologia lidar. Alternatively, a functional module can? include an acquisition sensor based on lidar technology.

Sempre funzionalmente al processo di acquisizione, come sar? descritto pi? avanti, un modulo funzionale secondo l?invenzione pu? comprendere un proiettore in grado di proiettare immagini sia nel visibile che nell?infrarosso. Always functional to the acquisition process, how will it be? described more ahead, a functional module according to the invention can? include a projector capable of projecting both visible and infrared images.

Ciascuno dei moduli funzionali pu? comprendere una pluralit? di emettitori di luce, in particolare elementi a LED. Each of the functional modules can? understand a plurality of light emitters, especially LED elements.

Quindi, la struttura del braccio di scansione dell?apparato, potr? vantaggiosamente essere configurata sia nella forma che nell?allestimento di sensori e dispositivi, in modo da consentire una scansione tridimensionale ottimale del oggetto (tipicamente una parte di un corpo umano). Therefore, the structure of the scanning arm of the apparatus, will be able to advantageously be configured both in the shape and in the arrangement of sensors and devices, so as to allow an optimal three-dimensional scan of the object (typically a part of a human body).

Nel seguito, a titolo puramente esemplificativo, si far? riferimento ad alcuni possibili moduli funzionali, riferendosi ad essi come di seguito esemplificato. Modulo Camera: comprendente una telecamera DRGB. In the following, purely by way of example, we will do? reference to some possible functional modules, referring to them as exemplified below. Camera module: including a DRGB camera.

Modulo lidar: equipaggiato con un sensore dotato di tecnologia lidar. Lidar module: equipped with a sensor equipped with lidar technology.

Modulo illuminazione: comprendente strisce di emettitori led che permettono un?illuminazione dinamica o statica con varie intensit?. Lighting module: including LED emitter strips that allow dynamic or static lighting with various intensities.

Modulo proiettore: comprendente un proiettore in grado di proiettare immagini sia su spettro visibile sia infrarosso. Projector module: comprising a projector capable of projecting images on both the visible and infrared spectrum.

Modulo master: comprendente una telecamera DRGB affiancato da un sensore di illuminazione. Master module: comprising a DRGB camera flanked by an illumination sensor.

Modulo struttura: Questo modulo non contiene nessun sensore o dispositivo elettronico, ma soltanto i collegamenti elettrici e meccanici con altri moduli e/o l?unit? di controllo. Structure module: This module does not contain any sensor or electronic device, but only the electrical and mechanical connections with other modules and/or the unit? control.

Tutti i moduli possiedono, preferibilmente, una dimensione predeterminata e nota al sistema stesso e sono dotati dei componenti elettronici necessari, di connettori di ingresso uscita per potenza e segnale e di un meccanismo di aggancio. All modules preferably have a predetermined dimension known to the system itself and are equipped with the necessary electronic components, power and signal input output connectors and a locking mechanism.

Le figure 3A e 3B mostrano a titolo di esempio un modulo 300 privo di funzionalit? attiva presentante un corpo principale di forma sostanzialmente lineare, mentre la figura 4 mostra un modulo 301 privo di funzionalit? attiva presentante un corpo principale di forma sostanzialmente a ?L?. Figures 3A and 3B show by way of example a module 300 without functionality active having a main body having a substantially linear shape, while figure 4 shows a module 301 devoid of functionality active having a substantially L-shaped main body.

Tutti i moduli possono essere agganciati tra loro in qualsiasi ordine ad esclusione del modulo master (o modulo estremale prossimale) che dovr? essere sempre posizionato per ultimo in corrispondenza dell?estremit? distale del braccio 50. All modules can be coupled together in any order with the exception of the master module (or proximal extremal module) which must always be positioned last at the end? distal arm 50.

Le successive figure 5 e 6 mostrano due esempi diversi di struttura del braccio. Come gi? indicato, ? previsto che la struttura del braccio presenti almeno un modulo primario prossimale 111, che quindi dovr? comprendere secondi mezzi di connessione elettrica con l?unit? di controllo 100 e secondi mezzi di connessione meccanica per la connessione girevole con l?apparato 100. The following figures 5 and 6 show two different examples of arm structure. How already? indicated, ? it is foreseen that the structure of the arm has at least one proximal primary module 111, which therefore must include second means of electrical connection with the unit? of control 100 and second mechanical connection means for the rotatable connection with the apparatus 100.

Nell?esempio di figura 5 ? mostrato un braccio 50 a configurazione lineare, comprendente ad esempio, in successione, un modulo estremale prossimale 111, un primo modulo funzionale 210 con funzionalit? di acquisizione immagini, un modulo struttura 300 un ulteriore modulo funzionale 211 con funzionalit? di acquisizione immagini ed un modulo estremale distale 112 (modulo master). Diversamente, la figura 6 mostra un braccio 50 presentante una configurazione al ?L?. Esso comprende, in successione, un modulo estremale prossimale 111, un primo modulo funzionale 210 con funzionalit? di acquisizione immagini, un modulo struttura 300 di forma lineare, un modulo struttura 301 a forma di ?L?, un ulteriore modulo funzionale 211 con funzionalit? di acquisizione immagini ed un modulo estremale distale 112 (modulo master). In the example of figure 5 ? shown is an arm 50 with a linear configuration, comprising for example, in succession, a proximal extremal module 111, a first functional module 210 with functionality? of image acquisition, a structure module 300 an additional functional module 211 with functionality? of image acquisition and a distal extremal module 112 (master module). Conversely, Figure 6 shows an arm 50 having an "L" configuration. It comprises, in succession, a proximal extremal module 111, a first functional module 210 with functionality? of image acquisition, a linear-shaped structural module 300, an "L"-shaped structural module 301, a further functional module 211 with functionalities of image acquisition and a distal extremal module 112 (master module).

Il sistema sar? in grado di comprendere la posizione di ogni modulo, avendo un sistema di riferimento fisso, le dimensioni note di ogni modulo. Vantaggiosamente pu? essere previsto che i moduli ?attivi?, si accendano in sequenza dopo il collegamento, in modo che ciascuno di essi possa comunicare all?unit? di controllo la propria tipologia. Will the system be able to understand the position of each module, having a fixed reference system, the known dimensions of each module. Advantageously can? be expected that the ?active? modules turn on in sequence after the connection, so that each of them can communicate to the unit? check your type.

Vantaggiosamente pu? essere previsto che l?unit? di controllo sia programmata in modo tale che, sulla base del tipo di acquisizione da eseguire, il sistema possa suggerire all?operatore una configurazione iniziale per la struttura del braccio di scansione. Advantageously can? be expected that the? unit? control is programmed in such a way that, on the basis of the type of acquisition to be performed, the system can suggest to the operator an initial configuration for the structure of the scanning arm.

A titolo di esempi non esclusivi, se l?operatore sceglier? di scansionare un arto inferiore il sistema prima di effettuare il movimento di rotazione suggerir? di posizionare in aggiunta un modulo camera in posizione perpendicolare all?asse di rotazione del supporto a L in modo da acquisire anche la pianta del piede, alternativamente se l?operatore selezioner? come obiettivo il viso il sistema suggerir? di riconfigurare il sistema in modo che il modulo master sia posizionato perpendicolarmente all?asse di rotazione e in questo caso non proceder? alla rotazione. By way of non-exclusive examples, if the operator will choose? to scan a lower limb, the system before making the rotation movement will suggest? to place in addition a camera module in a perpendicular position to the rotation axis of the L-shaped support in order to also acquire the sole of the foot, alternatively if the operator selects? as a goal the face the system will suggest? to reconfigure the system so that the master module is positioned perpendicular to the axis of rotation and in this case it will not proceed? to rotation.

Inoltre, il sistema sar? in grado di ottimizzare la qualit? della scansione 3D attraverso un algoritmo che calcola quali moduli funzionali utilizzare tra quelli disponibili e dove posizionarli nella struttura del braccio di scansione. Furthermore, the system will be able to optimize the quality? of the 3D scan through an algorithm that calculates which functional modules to use among those available and where to position them in the structure of the scanning arm.

Di seguito si illustrer?, a titolo esemplificativo, la logica di tale algoritmo di ottimizzazione, con riferimento al diagramma di flusso di figura 11. The logic of this optimization algorithm will be illustrated below, by way of example, with reference to the flow chart in figure 11.

A partire quindi da una configurazione iniziale, il sistema attiver? le telecamere ed il sensore di illuminazione del modulo master. Therefore, starting from an initial configuration, the system will activate? the cameras and the light sensor of the master module.

Se le condizioni di illuminazione, misurate attraverso il sensore posizionato nel modulo master, non sono sufficienti o sono irregolari, il sistema potr? suggerire di applicare un ulteriore ?modulo illuminazione?. In questo caso il sistema proceder? anche in modo automatico a modulare l?intensit? dell?illuminazione. If the lighting conditions, measured through the sensor positioned in the master module, are not sufficient or irregular, the system will be able to? suggest applying an additional ?lighting module?. In this case the system will proceed? even in an automatic way to modulate the? intensity? of enlightenment.

Il sistema procede ad effettuare una prima scansione del segmento anatomico desiderato generando una nuvola di punti ed una conseguente ricostruzione mesh. Eseguita la scansione il sistema proceder? a segmentare la nuvola di punti in diversi cluster che presentino caratteristiche semantiche e geometriche simili, attraverso tecniche di segmentazione di nuvola di punti di tipo noto come ad esempio descritto in: , ?? Review: deep learning on 3D point clouds??. Questa analisi prevede la divisione della nuvola di punti originale in diversi cluster semantici che presentano caratteristiche semantiche e geometriche simili. Attraverso questa tecnica ? possibile migliorare l?analisi qualitativa della densit? di punti, che ne esce migliorata se l?analisi ? pi? locale. The system proceeds to carry out a first scan of the desired anatomical segment generating a point cloud and a consequent mesh reconstruction. Once the scan has been completed, will the system proceed? to segment the point cloud into different clusters that present similar semantic and geometric characteristics, through point cloud segmentation techniques of a known type as for example described in: , ?? Review: deep learning on 3D point clouds??. This analysis involves dividing the original point cloud into several semantic clusters that exhibit similar semantic and geometric characteristics. Through this technique ? is it possible to improve the qualitative analysis of the density? of points, which comes out improved if the? analysis ? more local.

Ad esempio, mettendo a confronto la densit? di punti d? una cella in corrispondenza delle dita con quella in corrispondenza del polso si osserva che la cella delle dita ha sempre una densit? di punti inferiore proprio per la sua posizione. Al contrario, tramite questa analisi, svolta in funzione del segmento anatomico scansionato, vengono individuati dei cluster semantici diversi. Ad esempio, per la mano possono essere: dita, metacarpo e polso, mentre se viene scansionata una gamba saranno: dita, pianta, collo del piede ecc. For example, comparing the density? of points d? a cell in correspondence of the fingers with that in correspondence of the wrist it is observed that the cell of the fingers always has a density? points lower due to its location. On the contrary, through this analysis, carried out according to the scanned anatomical segment, different semantic clusters are identified. For example, for the hand they can be: fingers, metacarpus and wrist, while if a leg is scanned they will be: fingers, sole, instep, etc.

La nuvola di punti segmentata in diversi cluster viene poi scomposta ulteriormente in una matrice a celle dove sono le coordinate spaziali che identificano la cella ed ? rappresenta la parte segmentata a cui appartiene la cella. La figura 8 mostra a titolo esemplificativo una generica cella. The point cloud segmented into different clusters is then further decomposed into a cell matrix where are the spatial coordinates that identify the cell and ? represents the segmented part to which the cell belongs. Figure 8 shows by way of example a generic cell.

A titolo esemplificativo nelle figure 7A, 7B, 7C viene mostrato un avambraccio nelle tre fasi appena descritte (nuvola di punti originale, nuvola di punti segmentata e nuvola di punti segmentata suddivisa in celle). By way of example, figures 7A, 7B, 7C show a forearm in the three phases just described (original point cloud, segmented point cloud and segmented point cloud divided into cells).

Per analizzare la qualit? della scansione si proceder? a calcolare la densit? di punti di ogni parte segmentata e successivamente quella di ogni singola cella ?? al suo interno. Vengono individuate le celle che hanno una densit? di punti inferiore alla media del proprio cluster di appartenenza e ne vengono estratte le coordinate all?interno del sistema di riferimento To analyze the quality of the scan will proceed? to calculate the density? of points of each segmented part and subsequently that of each single cell ?? inside. Are the cells identified that have a density? points lower than the average of its own cluster and its coordinates are extracted within the reference system

Il sistema ora potr? suggerire l?aggiunta di un modulo camera e dove dovr? essere posizionato per aumentare la densit? di punti nelle celle giudicate a bassa qualit?. The system can now suggest the addition of a room module and where will it have to? be positioned to increase the density? of points in the cells judged to be of low quality.

Successivamente viene analizzata la mesh generata della nuvola di punti attraverso una tecnica che assegna un punteggio alla qualit? della mesh, attraverso una complessa analisi che tiene conto della ruvidit? e della presenza di punti protuberanti o rigonfiamenti nella mesh, come ad esempio descritto in: Subsequently, the generated mesh of the point cloud is analyzed through a technique that assigns a score to the quality? of the mesh, through a complex analysis that takes into account the roughness? and the presence of protuberant points or bulges in the mesh, as for example described in:

?3D Blind Mesh Quality Assessment Index?. ?3D Blind Mesh Quality Assessment Index?.

Il punteggio pu? assumere valori da 0 a 1 dove 0 rappresenta una mesh perfetta. The score can take values from 0 to 1 where 0 represents a perfect mesh.

Ad esempio, se il punteggio di qualit? risulta essere superiore a 0.5 , il sistema suggerir? di utilizzare anche un modulo proiettore che emetter? un pattern codificato che deformandosi sulla superficie del segmento anatomico da scansionare ne migliora l?acquisizione tridimensionale. For example, if the quality score turns out to be greater than 0.5 , the system will suggest? to also use a projector module that will emit? a codified pattern which, by deforming itself on the surface of the anatomical segment to be scanned, improves its three-dimensional acquisition.

Il sistema, attraverso note tecniche di visione artificiale, come ad esempio descritto in: ??Tensor Voting Guided Mesh Denoising??, ??Mesh denoising with (geo)metric?delity??, procede a riconoscere la qualit? delle superfici su tutta la mesh triangolare. La valutazione della qualit? proposta da queste tecniche ? basata sulla presenza di rumore diffuso sulla mesh. Identicamente a quanto illustrato precedentemente il sistema sar? in grado di estrapolare le coordinate delle celle, in cui venga riconosciuta la presenza di molto rumore e quindi una scarsa qualit?, all?interno del sistema di riferimento generale The system, through known artificial vision techniques, as for example described in: ??Tensor Voting Guided Mesh Denoising??, ??Mesh denoising with (geo)metric?delity??, proceeds to recognize the quality of the surfaces throughout the triangular mesh. The quality assessment? proposed by these techniques? based on the presence of diffuse noise on the mesh. Identical to what was previously illustrated, the system will be? able to extrapolate the coordinates of the cells, in which the presence of a lot of noise and therefore a poor quality is recognized, within the general reference system

In caso vengano individuate delle celle al cui interno sono presenti le facce dei triangoli che costituiscono il rumore, il dispositivo suggerir? l?uso del modulo lidar che utilizzando un sistema di rilevamento laser comporter? un riconoscimento migliore dei contorni e un?acquisizione inferiore di rumore, rispetto altre tecniche di acquisizione. In case of cells are identified inside which there are the faces of the triangles that make up the noise, the device will suggest? the use of the lidar module that using a laser detection system will involve? better edge recognition and lower noise capture than other capture techniques.

Le precedenti analisi qualitative tengono conto soltanto delle propriet? geometriche dell?informazione tridimensionale, ma non della sua qualit? in termini anatomici. Il sistema quindi ? stato dotato anche di una soluzione di controllo sulla conformit? anatomica della scansione rispetto il segmento anatomico precedentemente selezionato dall?operatore. Questa analisi ? effettuata acquisendo delle immagini renderizzate della mesh, risultate dalla nuvola di punti acquisita, nei vari piani frontale, sagittale, trasverso e in isometria. The previous qualitative analyzes take into account only the properties? geometric of? three-dimensional information, but not of its quality? in anatomical terms. So the system? was also equipped with a control solution on compliance? anatomical aspect of the scan with respect to the anatomical segment previously selected by the operator. This analysis? carried out by acquiring rendered images of the mesh, resulting from the acquired point cloud, in the various frontal, sagittal, transverse and isometry planes.

Le immagini acquisite vengono inoltre preferibilmente processate da un algoritmo basato su note tecniche di machine learning, come ad esempio descritto in: , "Hand gesture recognition using deep learning," che ? in grado di riconoscere il segmento anatomico e il livello di confidenza della stima. Se ? inferiore a 0.90 il sistema rifiuter? la scansione e segnaler? all?operatore la non conformit? della scansione. Tale funzionalit? ? esemplificata nelle figure 9A e 9B. The acquired images are also preferably processed by an algorithm based on known machine learning techniques, as for example described in: , "Hand gesture recognition using deep learning," which ? able to recognize the anatomical segment and the confidence level of the estimate. Self ? lower than 0.90 the system will refuse? the scan and signal? to the operator the non-compliance? of the scan. This functionality? ? exemplified in Figures 9A and 9B.

Come mostrato esemplificativamente nel diagramma di flusso di figura 12, il sistema di suggerimento della configurazione ? progettato in modo che una volta individuata la presenza di un problema di qualit? nella scansione, suggerisca a schermo il modulo da equipaggiare e dove posizionarlo se necessario. As shown by way of example in the flowchart of figure 12, the configuration suggestion system ? designed so that once identified the presence of a quality problem? in the scan, suggest on the screen the module to equip and where to place it if necessary.

Se il sistema rileva che sono necessari dei moduli aggiuntivi in funzione del segmento anatomico selezionato, segnaler? direttamente a schermo i moduli camera aggiuntivi da equipaggiare e dove posizionarli in quanto questo tipo di configurazione ? gi? disponibile in memoria. If the system detects that additional modules are required according to the selected anatomical segment, it will signal? the additional room modules to be equipped directly on the screen and where to position them as this type of configuration? already available in memory.

Ad esempio, nel caso le condizioni di illuminazione ambientale rilevate dal sensore specifico posizionato sul modulo master non siano soddisfacenti, il sistema suggerir? di posizionare il modulo illuminazione preferibilmente affianco il modulo master. Qualora invece rilevi una mesh con un punteggio di qualit? For example, if the ambient lighting conditions detected by the specific sensor positioned on the master module are not satisfactory, the system will suggest? to place the lighting module preferably next to the master module. If, on the other hand, you detect a mesh with a quality score?

il sistema suggerisce il posizionamento del modulo proiettore da posizionare adiacente al modulo master. the system suggests the positioning of the projector module to be positioned adjacent to the master module.

Nei casi in cui venga individuata una cella con bassa densit? di punti o una scarsa qualit? dei contorni, il sistema sar? anche in grado di calcolare la posizione ideale del modulo. Infatti, essendo conosciuti gli angoli che descrivono i campi visivi di ogni modulo il sistema proceder? a ricercare la posizione migliore lungo il supporto a L in modo tale che il centro del FOV (Field Of View, campo visivo) inquadri la cella che presenta un problema. La ricerca della posizione ottimale avviene virtualmente, attraverso un processo che iterativamente posiziona il modulo lungo il supporto a L e calcola la distanza tra il centro della FOV del sensore e la cella (?FOV). Se la posizione che minimizza ?FOV ? gi? impiegata da un diverso modulo il sistema dar? precedenza al modulo con importanza maggiore e utilizzer? la successiva posizione migliore. In cases where a cell with low density is identified? of points or a poor quality? of the contours, the system will be? also able to calculate the ideal position of the module. In fact, since the angles describing the visual fields of each module are known, the system will proceed? to seek the best position along the L-shaped support so that the center of the FOV (Field Of View) frames the cell with a problem. The search for the optimal position takes place virtually, through a process that iteratively positions the module along the L-shaped support and calculates the distance between the center of the sensor FOV and the cell (?FOV). If the minimizing position ?FOV ? already used by a different form the system dar? precedence to the module with greater importance and utiliser? the next best position.

La figura 10 illustra questa modalit?. Figure 10 illustrates this mode.

La scala di importanza pu? essere ad esempio cos? definita: The scale of importance can be for example cos? defined:

1. Modulo camera 1. Room module

2. Modulo proiettore 2. Projector module

3. Modulo illuminazione 3. Lighting module

4. Modulo lidar 4. Lidar module

Una volta superati i vari passaggi di controllo qualit? il sistema permette il salvataggio dell?acquisizione tridimensionale. Nella presente descrizione, ? da intendersi che ogni riferimento a livelli qualitativamente accettabili di parametri e/o caratteristiche fisiche e/o risultati numerici, ? da interpretare nel contesto delle tecnologie utilizzate. ? evidente che una persona esperta di tali tecnologie sar? in grado di stabilire autonomamente delle soglie per ciascuno di tali parametri, per discriminare tra un risultato qualitativamente accettabile ed uno non accettabile. Once you have passed the various quality control steps? the system allows you to save the three-dimensional acquisition. In this description, ? to be understood that any reference to qualitatively acceptable levels of parameters and/or physical characteristics and/or numerical results, ? to be interpreted in the context of the technologies used. ? clear that a person expert in these technologies will be? capable of autonomously establishing thresholds for each of these parameters, to discriminate between a qualitatively acceptable result and an unacceptable one.

La presente invenzione ? stata fin qui descritta con riferimento a sue forme di realizzazione preferite. ? da intendersi che ciascuna delle soluzioni tecniche implementate nelle forme di realizzazione preferite, qui descritte a titolo esemplificativo, pu? vantaggiosamente essere combinata, in modo diverso da quanto descritto, con le altre, per dar forma ad ulteriori forme di realizzazione, che afferiscono al medesimo nucleo inventivo e tutte comunque rientranti nell?ambito di protezione delle rivendicazioni qui di seguito riportate. The present invention ? heretofore described with reference to preferred embodiments thereof. ? to be understood that each of the technical solutions implemented in the preferred embodiments, described here by way of example, can advantageously be combined, in a different way from what has been described, with the others, to give shape to further embodiments, which pertain to the same inventive core and all in any case falling within the scope of protection of the claims set out below.

Claims

1. Functional module (111,112,210,211,300,301) for configuring a movable scanning arm (50) of an apparatus (100) for three-dimensional digital scanning of a body (10), comprising:

- a main body (2);

- first electrical connection means (3.3?) with other functional modules (111,112,210,211,300,301); And

- first mechanical connection means (5, 5?) for connection with other functional modules (111,112,210,211,300,301).

The functional module (111) according to claim 1, further comprising second means for electrical connection with a unit? of control of said apparatus (100) and second mechanical connection means (5) for the rotatable connection with said apparatus (100).

The functional module (111,112,210,211) according to claim 1, further comprising at least one three-dimensional image acquisition device.

4. Functional module (111,112,210,211) according to claim 3, wherein said three-dimensional image acquisition device ? a DRGB camera.

5. Functional module (111,112,210,211) according to claim 1, further comprising an acquisition sensor based on lidar technology.

6. Functional module (111,112,210,211) according to claim 1, further comprising a projector capable of projecting both visible and infrared images.

7. Functional module (111,112,210,211,300) according to one of the preceding claims, wherein said container has a substantially linear development shape along a longitudinal direction (A), said first mechanical connection means (5) being provided at a? end? distal (D) and/or one? extremity? proximal opposite (P) of said container (2).

8. Functional module (301) according to claim 1, wherein said container has a substantially ?L? shape, said first mechanical connection means (5) being provided at one end? distal (D) and one? extremity? proximal opposite (P) of said container (2).

The functional module (111,112,210,211) according to one of the preceding claims, further comprising a plurality of of light emitters.

The functional module (111,112,210,211) according to claim 9, wherein said light emitters are LED elements.

11. Apparatus (100) for three-dimensional digital scanning of a body (10), comprising a scanning arm (50) rotatably connected to a base (101), a motor (102) configured to drive a transmission mechanism (103) to rotate said scanning arm (50) and a unit? control (110) for the management of the apparatus (100),

said scanning arm (50) having a variable configuration structure, the structure being formed by a plurality of? of functional modules (111,112,210,211, 300, 301) according to one of claims 1 to 10 structurally connected to each other,

said plurality? of functional modules (111,112,210,211, 300, 301) comprising at least: a proximal primary module (111) configured for electrical connection to said unit? control (110) and for the mechanical connection to said transmission mechanism (103), a distal terminal module (112) with the function of acquiring three-dimensional images.

The apparatus according to claim 11, wherein said distal end module (112) comprises an acquisition sensor based on a DRGB camera and an illuminant.

The apparatus according to claim 11 or 12, further comprising at least one intermediate functional module (113).

14. Apparatus according to one of claims 11 to 13, wherein said arm can? be configured according to different configurations, each defined by a different sequence of functional modules (111,112,210,211, 300, 301).

15. Apparatus according to claim 14, wherein said unit? control (110) ? programmed in such a way as to suggest to an operator an initial configuration for the structure of the scanning arm (50), based on the type of acquisition to be performed.

16. Apparatus according to claim 14 or 15, wherein said unit? control (110) ? programmed so as to calculate an optimal configuration of said scanning arm (50) according to a processing of the data acquired by one or more? functional modules having the function of acquiring three-dimensional images.