IT202100024218A1

IT202100024218A1 - AUTOMATED APPARATUS FOR CALIBRATION OF MULTIPLE IMAGE SENSORS BELONGING TO A 3D SCANNER AND METHOD OF CALIBRATION OF SAID IMAGE SENSORS USING SAID AUTOMATED CALIBRATION APPARATUS

Info

Publication number: IT202100024218A1
Application number: IT102021000024218A
Authority: IT
Inventors: Daniele Evangelista; Marco Imperoli; Alberto Pretto
Original assignee: Flexsight S R L
Priority date: 2021-09-21
Filing date: 2021-09-21
Publication date: 2023-03-21

Description

APPARATO AUTOMATIZZATO DI CALIBRAZIONE DI UNA PLURALIT? DI SENSORI DI IMMAGINE APPARTENENTI AD UNO SCANNER 3D E METODO DI CALIBRAZIONE DI DETTI SENSORI DI IMMAGINE MEDIANTE DETTO APPARATO AUTOMATIZZATO DI CALIBRAZIONE. AUTOMATED EQUIPMENT FOR THE CALIBRATION OF A PLURALIT? OF IMAGE SENSORS BELONGING TO A 3D SCANNER AND METHOD OF CALIBRATION OF SUCH IMAGE SENSORS USING SUCH AUTOMATED CALIBRATION APPARATUS.

DESCRIZIONE DESCRIPTION

La presente invenzione concerne un apparato automatizzato di calibrazione per eseguire la calibrazione di una pluralit? di sensori di immagine appartenenti ad uno scanner 3D. The present invention relates to an automated calibration apparatus for calibrating a plurality of of image sensors belonging to a 3D scanner.

L?invenzione concerne, altres?, un metodo di calibrazione dei sensori di immagine di uno scanner 3D, mediante il suddetto apparato automatizzato di calibrazione. The invention also concerns a method of calibrating the image sensors of a 3D scanner, by means of the aforementioned automated calibration apparatus.

E? noto l?utilizzo di dispositivi di scansione a tre dimensioni o 3D, definiti qui di seguito pi? semplicemente come ?scanner 3D?, al fine di generare un modello digitale tridimensionale di (parti di) persone o cose reali, qui di seguito definite genericamente come ?oggetti?. AND? known the use of scanning devices in three dimensions or 3D, defined below more? simply as a ?3D scanner?, in order to generate a three-dimensional digital model of (parts of) real people or things, hereinafter generically defined as ?objects?.

In particolare, tale generazione del modello digitale 3D di un oggetto reale prevede di acquisire una pluralit? di immagini digitali a due dimensioni o 2D di tale oggetto, mediante una pluralit? di sensori di immagini dislocati in posizioni diverse e di ricostruire in 3D tale modello digitale, elaborando congiuntamente i dati acquisiti da tale pluralit? di sensori di immagini mediante algoritmi di ricostruzione 3D. A tal fine sono note differenti tipologie di scanner 3D, che si distinguono per struttura e/o per tipologia di sensori di immagini utilizzati. In particular, this generation of the 3D digital model of a real object expects to acquire a plurality of two-dimensional or 2D digital images of this object, through a plurality? of image sensors located in different positions and to reconstruct this digital model in 3D, jointly processing the data acquired from this plurality? of image sensors using 3D reconstruction algorithms. For this purpose, different types of 3D scanners are known, which are distinguished by structure and/or by the type of image sensors used.

In particolare, ? nota una particolare tipologia di scanner 3D, rappresentata schematicamente in fig. 1 dell?arte nota, che prevede una struttura di supporto di forma anulare su cui ? disposta una pluralit? di sensori di immagine, disposti distanziati tra loro lungo tale struttura anulare e rivolti verso il centro della stessa struttura anulare. Tale configurazione permette di acquisire una pluralit? di immagini digitali 2D a 360? di un oggetto introdotto attraverso il foro passante definito da tale struttura di supporto anulare. In questo modo, ? pertanto possibile acquisire una pluralit? di immagini digitali 2D secondo varie angolazioni, ciascuna corrispondente alla posizione di uno dei sensori di immagini lungo la suddetta struttura anulare, utilizzabili per ricostruire, come visto in precedenza, un modello digitale 3D di tale oggetto. In particular, ? note a particular type of 3D scanner, schematically represented in fig. 1 of the prior art, which provides for an annular-shaped support structure on which willing a plurality? of image sensors, arranged spaced apart from each other along this annular structure and facing the center of the same annular structure. This configuration allows to acquire a plurality? of 2D 360 digital images? of an object introduced through the through hole defined by this annular support structure. In this way, ? therefore possible to acquire a plurality? of 2D digital images according to various angles, each corresponding to the position of one of the image sensors along the aforementioned annular structure, which can be used to reconstruct, as previously seen, a 3D digital model of this object.

Per quanto riguarda i sensori di immagini utilizzati in tali scanner 3D, essi possono essere sensori di immagini di tipo lineare oppure sensori di immagini cos? detti di ?area?. Nel primo caso, tali sensori lineari sono in grado di acquisire per ogni istante (clock) di acquisizione, un?immagine monodimensionale. Pertanto, per poter ricostruire per ciascun sensore di immagine un?immagine digitale bidimensionale ? necessario eseguire un movimento relativo lungo un?unica direzione, dello scanner 3D rispetto all?oggetto di cui si intende generare il modello 3D. As for the image sensors used in such 3D scanners, they can be linear-type image sensors or so-called image sensors. sayings of ?area?. In the first case, these linear sensors are capable of acquiring a one-dimensional image for each acquisition instant (clock). Therefore, in order to be able to reconstruct a two-dimensional digital image for each image sensor? It is necessary to perform a relative movement along a single direction of the 3D scanner with respect to the object whose 3D model is to be generated.

Nel caso, invece, durante l?acquisizione l?oggetto e lo scanner 3D vengano erroneamente movimentati uno rispetto all?altro secondo pi? direzioni, il modello acquisito risulterebbe distorto. If, on the other hand, during the acquisition the object and the 3D scanner are erroneously moved one with respect to the other according to more? directions, the acquired model would be distorted.

Diversamente, nel caso dell?utilizzo di sensori di immagine di tipo di area, essi, per ogni istante di acquisizione (clock), sono in grado di generare direttamente un?immagine digitale bidimensionale. Pertanto, la ricostruzione del modello digitale 3D di un oggetto pu? essere attuata in modo statico, ed eventuali movimenti involontari dell?oggetto rispetto allo scanner 3D, non inficiano la qualit? della generazione del relativo modello digitale 3D. Differently, in the case of the use of area type image sensors, they are capable of directly generating a two-dimensional digital image for each acquisition instant (clock). Therefore, the reconstruction of the 3D digital model of an object can be implemented in a static way, and any involuntary movements of the object with respect to the 3D scanner, do not affect the quality? of the generation of the related 3D digital model.

Per tale motivo ? preferibile l?utilizzo di sensori di immagini di area piuttosto che di tipo lineari. For that reason? the use of area image sensors rather than linear ones is preferable.

Solitamente tali scanner 3D sono provvisti, sempre in corrispondenza della suddetta struttura di supporto anulare, di mezzi di illuminazione, al fine di illuminare adeguatamente l?oggetto disposto passante attraverso lo stesso scanner 3D. Usually, these 3D scanners are provided, always in correspondence with the aforementioned annular support structure, with lighting means, in order to adequately illuminate the object arranged passing through the same 3D scanner.

E? altres? notorio che per poter ottenere una ricostruzione adeguata del modello digitale 3D di un oggetto, elaborando i dati bidimensionali acquisiti dalla pluralit? di sensori di immagini, in particolar modo per i sensori di immagini di area, ? necessario eseguire una calibrazione degli stessi sensori di immagine, al fine di poter determinare sia i cos? detti ?parametri intrinseci? di ciascuno dei suddetti sensori di immagine, sia i ?parametri estrinseci? dell?insieme di tali sensori di immagini. AND? otherwise? notorious that in order to obtain an adequate reconstruction of the 3D digital model of an object, processing the two-dimensional data acquired from the plurality? of image sensors, especially for area image sensors, ? necessary to perform a calibration of the same image sensors, in order to be able to determine both the cos? called ?intrinsic parameters? of each of the aforementioned image sensors, and the ?extrinsic parameters? of the set of these image sensors.

Pi? precisamente, ? ampiamente condiviso che per parametri intrinseci di un sensore di immagine si intende il set di parametri necessari a descrivere le caratteristiche ottiche, geometriche e digitali di un singolo sensore di immagine. Ancora pi? precisamene, tali parametri intrinseci sono: lunghezza focale f, trasformazione tra coordinate del sensore di immagine e coordinate pixel e distorsione geometrica introdotta dall?ottica del sensore di immagine. Pi? precisely, ? it is widely accepted that for intrinsic parameters of an image sensor we mean the set of parameters necessary to describe the optical, geometrical and digital characteristics of a single image sensor. even more precisely, these intrinsic parameters are: focal length f, transformation between image sensor coordinates and pixel coordinates and geometric distortion introduced by the image sensor optics.

Per quanto riguarda, invece, i parametri estrinseci, essi definiscono un set di parametri geometrici che identifica univocamente la trasformazione tra il sistema di riferimento del sensore di immagine, sconosciuto, e un sistema di riferimento noto. On the other hand, as regards the extrinsic parameters, they define a set of geometric parameters which uniquely identifies the transformation between the unknown reference system of the image sensor and a known reference system.

Per quanto riguarda le procedure di calibrazione attualmente implementate per la calibrazione della suddetta tipologia di scanner 3D, esse prevedono di utilizzare un particolare pattern di calibrazione, solitamente composto da uno o pi? elementi grafici di forma e posizione note. Tale procedura prevede, quindi, di comandare l?acquisizione da parte di ciascuno dei suddetti sensori di immagini, di una pluralit? di immagini relative a tale pattern, disposto in molteplici posizioni e orientamenti nello spazio. As regards the calibration procedures currently implemented for the calibration of the aforementioned type of 3D scanner, they provide for the use of a particular calibration pattern, usually composed of one or more? graphic elements of known shape and position. This procedure therefore envisages commanding the acquisition by each of the aforementioned image sensors of a plurality of of images relating to this pattern, arranged in multiple positions and orientations in space.

Pi? precisamente, per quanto riguarda la procedura di calibrazione per la determinazione dei parametri estrinseci, ? necessario operare l?acquisizione da parte di due o pi? sensori di immagine di una immagine relativa al medesimo pattern di calibrazione nel medesimo istante, in modo da definire una correlazione della posizione di almeno i suddetti due sensori di immagini. Pi? precisely, as regards the calibration procedure for determining the extrinsic parameters, ? necessary to operate the? acquisition by two or more? image sensors of an image relating to the same calibration pattern at the same instant, so as to define a correlation of the position of at least the aforementioned two image sensors.

Tuttavia, svantaggiosamente, ad oggi l?attuazione delle procedure per l?acquisizione delle suddette immagini di calibrazione, sono procedure essenzialmente manuali, e pertanto non consentono di definire in modo oltremodo preciso la posizione del pattern di calibrazione rispetto ai sensori di immagine appartenenti allo scanner 3D, per ciascuna delle immagini da acquisire. However, disadvantageously, to date the implementation of the procedures for acquiring the aforementioned calibration images are essentially manual procedures, and therefore do not allow the position of the calibration pattern to be defined in an extremely precise way with respect to the image sensors belonging to the scanner 3D, for each of the images to be acquired.

Inoltre, tale ridotta precisione non permette di ottenere in modo oggettivo una ripetibilit? dell?esecuzione della procedura di calibrazione pi? volte nel tempo. Furthermore, this reduced precision does not allow to objectively obtain repeatability? of? execution of the calibration procedure pi? times over time.

Ulteriormente, per il fatto che l?attuazione dell?operazione di calibrazione sia eseguita essenzialmente in modo manuale, svantaggiosamente si verifica un allungamento non trascurabile delle tempistiche di esecuzione di tale operazione. Furthermore, due to the fact that the calibration operation is carried out essentially manually, there is a disadvantageous increase in the execution times of this operation.

Ancora, svantaggiosamente, il fatto che tale operazione di calibrazione, in particolare, il posizionamento del pattern di calibrazione rispetto alla pluralit? di sensori di immagine venga eseguito manualmente, richiede necessariamente un?elevata professionalit? da parte del personale addetto ad eseguire tale operazione di calibrazione; diversamente la determinazione dei parametri intriseci ed estrinseci dei sensori di immagini non potrebbe essere attuata in modo ottimale. Again, disadvantageously, the fact that this calibration operation, in particular, the positioning of the calibration pattern with respect to the plurality of of image sensors is performed manually, necessarily requires a? High professionalism? by the personnel in charge of carrying out this calibration operation; otherwise the determination of the intrinsic and extrinsic parameters of the image sensors could not be implemented in an optimal way.

La presente invenzione intende superare i citati inconvenienti dell?arte nota. The present invention intends to overcome the mentioned drawbacks of the prior art.

In particolare, ? scopo dell?invenzione proporre un apparato automatizzato di calibrazione per scanner 3D in grado di permettere l?acquisizione delle immagini di calibrazione in modo estremamente preciso e ripetibile. In particular, ? object of the invention is to propose an automated calibration apparatus for 3D scanners capable of allowing the acquisition of the calibration images in an extremely precise and repeatable way.

Un ulteriore scopo dell?invenzione ? la realizzazione di un apparato automatizzato di calibrazione che consenta di ridurre i tempi di esecuzione dell?operazione di calibrazione rispetto alle operazioni di calibrazione eseguite manualmente. A further purpose of the invention ? the creation of an automated calibration apparatus which allows to reduce the execution times of the calibration operation compared to the calibration operations performed manually.

Non ultimo scopo dell?invenzione ? la realizzazione di un apparato automatizzato di calibrazione che consenta di eseguire l?operazione di calibrazione anche da parte di personale non altamente specializzato. Not the last purpose of the invention? the creation of an automated calibration apparatus which allows the calibration operation to be carried out even by non highly specialized personnel.

Gli scopi detti sono raggiunti con l?apparato automatizzato di calibrazione, in accordo con la rivendicazione 1. The said purposes are achieved with the automated calibration apparatus, in accordance with claim 1.

Ulteriori caratteristiche dell?apparato automatizzato di calibrazione dell?invenzione vengono descritte nelle rivendicazioni dipendenti. Further characteristics of the automated calibration apparatus of the invention are described in the dependent claims.

Fa parte dell?invenzione anche il metodo di calibrazione, in accordo con la rivendicazione 9. The calibration method is also part of the invention, in accordance with claim 9.

I suddetti scopi, assieme ai vantaggi che verranno menzionati in seguito, saranno meglio evidenziati durante la descrizione di alcune forme esecutive preferite dell?invenzione che vengono date, a titolo indicativo ma non limitativo, con riferimento alle tavole di disegno allegate, dove: The aforementioned purposes, together with the advantages that will be mentioned below, will be better highlighted during the description of some preferred embodiments of the invention which are given, by way of example but not in limitation, with reference to the attached drawings, where:

- in fig.1 ? rappresentato uno scanner 3D del tipo noto; - in fig.1 ? represented a 3D scanner of the known type;

- nelle figg. 2 e 3 sono rappresentare due viste assonometriche di un apparato automatizzato di calibrazione dell?invenzione, secondo una prima forma esecutiva preferita; - in figs. 2 and 3 show two axonometric views of an automated calibration apparatus of the invention, according to a first preferred embodiment;

- in fig. 4 ? rappresentata una vista assonometrica di un apparato automatizzato di calibrazione dell?invenzione secondo una prima variante esecutiva rispetto alla forma esecutiva preferita rappresentata nelle figg. 2 e 3; - in fig. 4 ? shown is an axonometric view of an automated calibration apparatus of the invention according to a first embodiment variant with respect to the preferred embodiment represented in figs. 2 and 3;

- in fig. 5 ? rappresentata una vista assonometrica di un apparato automatizzato di calibrazione dell?invenzione secondo una seconda variante esecutiva rispetto alla forma esecutiva preferita rappresentata nelle figg. 2 e 3; - in fig. 5 ? shown is an axonometric view of an automated calibration apparatus of the invention according to a second embodiment variant with respect to the preferred embodiment represented in figs. 2 and 3;

- in fig. 6 ? rappresentata una vista assonometrica di un apparato automatizzato di calibrazione dell?invenzione secondo una terza variante esecutiva rispetto alla forma esecutiva preferita rappresentata nelle figg. 2 e 3; - in fig. 6 ? shown is an axonometric view of an automated calibration apparatus of the invention according to a third embodiment variant with respect to the preferred embodiment represented in figs. 2 and 3;

- in fig. 7 sono rappresentati tre pattern di calibrazione dell?apparato automatizzato di calibrazione dell?invenzione, laddove ciascuno si distingue dai restanti per la presenza di secondi elementi grafici distintivi e univoci; - in fig. 7 shows three calibration patterns of the automated calibration apparatus of the invention, where each is distinguished from the rest by the presence of second distinctive and unambiguous graphic elements;

- in fig. 8 ? rappresentata in vista assonometrica la disposizione dell?apparato automatizzato di calibrazione rispetto ad uno scanner 3D, al fine di eseguire l?operazione di calibrazione in modo automatizzato; - in fig. 8 ? represented in isometric view the arrangement of the automated calibration apparatus with respect to a 3D scanner, in order to perform the calibration operation in an automated way;

- in fig. 9 sono rappresentate alcune immagini digitali della superficie di calibrazione acquisite dalla pluralit? di sensori di immagine appartenenti allo scanner 3D di fig. 1. - in fig. 9 are represented some digital images of the calibration surface acquired by the plurality? of image sensors belonging to the 3D scanner of fig. 1.

L?apparato automatizzato di calibrazione dell?invenzione ? rappresentato, secondo una prima forma esecutiva preferita, nelle figure 2 e 3, ove ? indicato complessivamente con 1. The automated calibration apparatus of the invention ? represented, according to a first preferred embodiment, in figures 2 and 3, where ? indicated as a whole with 1.

Tale apparato automatizzato 1, come accennato in precedenza, ? particolarmente adatto per eseguire la calibrazione di una pluralit? di sensori di immagine 102 appartenenti ad uno scanner 3D 100, rappresentato in fig. 1. This automated apparatus 1, as previously mentioned, is particularly suitable for performing the calibration of a plurality? of image sensors 102 belonging to a 3D scanner 100, represented in fig. 1.

In particolare, tale apparato automatizzato 1 ? configurato per eseguire la calibrazione in modo automatico di uno scanner 3D 100, il quale, come si osserva in fig. 1, comprende una struttura di supporto di forma anulare 101, definente un piano di giacenza ?, e la suddetta pluralit? di sensori di immagine 102 disposti distanziati tra loro lungo tale struttura anulare 101 e rivolti verso il centro della stessa struttura anulare 101. In particular, this automated apparatus 1 ? configured to carry out the automatic calibration of a 3D scanner 100, which, as can be seen in fig. 1, comprises a ring-shaped support structure 101, defining a storage plane ?, and the aforementioned plurality of image sensors 102 arranged spaced apart from each other along this annular structure 101 and facing the center of the same annular structure 101.

Ancora pi? precisamente, come visibile in fig. 1, la suddetta struttura di supporto 101 di forma anulare presenta una forma di ottagono, su ciascun lato del quale ? disposto, in posizione centrale, un sensore di immagine 102, tipicamente un sensore di immagine di area, in modo che la suddetta pluralit? di sensori di immagini 102 definisca un volume di scansione, in posizione centrale alla suddetta struttura di supporto anulare 101. even more precisely, as visible in fig. 1, the aforementioned ring-shaped support structure 101 has the shape of an octagon, on each side of which ? arranged, in a central position, an image sensor 102, typically an area image sensor, so that the aforementioned plurality? of image sensors 102 defines a scanning volume, in a central position to the aforementioned annular support structure 101.

Lo scanner 3D 100 pu?, inoltre, prevedere dei mezzi di illuminazione 103, in particolare dei proiettori laser, al fine di illuminare adeguatamente l?oggetto disposto all?interno del suddetto volume di scansione, per la generazione ottimale del modello digitale 3D dello stesso oggetto. Furthermore, the 3D scanner 100 can provide lighting means 103, in particular laser projectors, in order to adequately illuminate the object arranged inside the aforementioned scan volume, for the optimal generation of the 3D digital model of the same object.

Evidentemente, l?apparato automatizzato di calibrazione 1 dell?invenzione, in base alle caratteristiche a breve introdotte, ? configurato per attuare la calibrazione di differenti tipologie di scanner 3D, dissimili da quella appena descritta, purch? tali scanner 3D comprendano una struttura anulare per l?introduzione nella parte centrale di quest?ultima dell?oggetto da scansionare. Obviously, the automated calibration apparatus 1 of the invention, on the basis of the characteristics introduced shortly, is configured to implement the calibration of different types of 3D scanners, different from the one just described, provided? these 3D scanners include an annular structure for introducing the object to be scanned into the central part of the latter.

Per quanto riguarda la struttura dell?apparato automatizzato di calibrazione 1 dell?invenzione, esso comprende, come visibile in fig. As regards the structure of the automated calibration apparatus 1 of the invention, it comprises, as visible in fig.

2, un?intelaiatura di supporto 2 a cui ? girevolmente accoppiata una barra rotante 3, in modo da definire un asse di rotazione X. 2, a support frame 2 to which ? rotatably coupled to a rotating bar 3, so as to define a rotation axis X.

In particolare, secondo la preferita forma esecutiva qui descritta, tale intelaiatura di supporto 2 comprende due piedistalli 21 e 22 da cui si sviluppano verticalmente due montanti 23 e 24, alle estremit? libere superiori 23a e 24a dei quali, risulta girevolmente accoppiata tale barra rotante 3, la quale assume una posizione sostanzialmente ortogonale rispetto ai due montanti 23 e 24 e, come detto in precedenza, definisce il suddetto asse di rotazione X. In particular, according to the preferred embodiment described here, this support frame 2 comprises two pedestals 21 and 22 from which two uprights 23 and 24 extend vertically, at the ends? upper free arms 23a and 24a of which, this rotating bar 3 is rotatably coupled, which assumes a substantially orthogonal position with respect to the two uprights 23 and 24 and, as previously mentioned, defines the aforesaid axis of rotation X.

Come visibile nelle figg. 2 e 3, secondo la preferita forma esecutiva dell?invenzione, l?apparato automatizzato di calibrazione 1 comprende sei superfici di calibrazione 4a, 4b, 4c, 4d, 4e e 4f, ciascuna provvista di un pattern di calibrazione 5a, 5b, 5c, 5d, 5e e 5f. Tali superfici di calibrazione 4a, 4b, 4c, 4d, 4e e 4f risultano, in particolare, fissate alla barra rotante 3, a due a due tra loro adiacenti, in modo che tre prime superfici di calibrazione 4a, 4b e 4c risultino giacenti su tre primi piani ?1, ?2 e ?3 tra loro incidenti e in modo che i relativi pattern di calibrazione 5a, 5b e 5c siano rivolti, secondo lo stesso verso, dalla parte opposta della suddetta barra rotante 3. Le restanti tre seconde superfici di calibrazione 4d, 4e e 4f sono fissate alla stessa barra rotante 3 in modo che risultino giacenti anch?esse su tre secondi piani ?1, ?2 e ?3 tra loro incidenti e i relativi pattern di calibrazione 5d, 5e e 5f siano rivolti, secondo lo stesso verso, dalla parte opposta della barra rotante 3 e dalla parte opposta dei pattern di calibrazione 5a, 5b e 5c delle tre prime superfici di calibrazione 4a, 4b e 4c. In altri termini, le tre prime superfici di calibrazione 4a, 4b e 4c e le tre seconde superfici di calibrazione 4d, 4e e 4f presentano due configurazioni del tutto simili, disposte simmetricamente tra loro, rispetto ad un asse di simmetria corrispondente alla barra rotante 3. Ancora pi? in dettaglio, come si osserva in fig. 3, le tre prime superfici di calibrazione 4a, 4b e 4c sono disposte tra loro in modo da definire una configurazione concava, con i relativi pattern di calibrazione 5a, 5b e 5c rivolte verso tale concavit?. As visible in Figs. 2 and 3, according to the preferred embodiment of the invention, the automated calibration apparatus 1 comprises six calibration surfaces 4a, 4b, 4c, 4d, 4e and 4f, each provided with a calibration pattern 5a, 5b, 5c, 5d, 5e and 5f. These calibration surfaces 4a, 4b, 4c, 4d, 4e and 4f are, in particular, fixed to the rotating bar 3, two by two adjacent to each other, so that three first calibration surfaces 4a, 4b and 4c are lying on three close-ups ?1, ?2 and ?3 incident to each other and so that the relative calibration patterns 5a, 5b and 5c face, according to the same direction, on the opposite side of the aforementioned rotating bar 3. The remaining three second surfaces calibration patterns 4d, 4e and 4f are fixed to the same rotating bar 3 so that they also lie on three second planes ?1, ?2 and ?3 incident to each other and the relative calibration patterns 5d, 5e and 5f face, in the same direction, on the opposite side of the rotating bar 3 and on the opposite side of the calibration patterns 5a, 5b and 5c of the first three calibration surfaces 4a, 4b and 4c. In other words, the three first calibration surfaces 4a, 4b and 4c and the three second calibration surfaces 4d, 4e and 4f have two entirely similar configurations, arranged symmetrically with respect to an axis of symmetry corresponding to the rotating bar 3 Even more? in detail, as can be seen in Fig. 3, the three first calibration surfaces 4a, 4b and 4c are mutually arranged so as to define a concave configuration, with the relative calibration patterns 5a, 5b and 5c facing this concavity.

La stessa configurazione si riscontra per le tre seconde superfici di calibrazione 4d, 4e e 4f. The same configuration is found for the three second calibration surfaces 4d, 4e and 4f.

Inoltre, sempre come si osserva nelle figg. 2 e 4, le tre prime superfici di calibrazione 4a, 4b e 4c e le tre seconde superfici di calibrazione 4d, 4e e 4f sono disposte giacenti sui rispettivi piani ?1, ?2 e ?3 e ?1, ?2 e ?3, tra loro incidenti, in modo che le linee di incidenza, rispettivamente r1, r2 e r3, r4 risultino sostanzialmente ortogonali all?asse di rotazione X. Furthermore, again as can be seen in Figs. 2 and 4, the three first calibration surfaces 4a, 4b and 4c and the three second calibration surfaces 4d, 4e and 4f are arranged lying on the respective planes ?1, ?2 and ?3 and ?1, ?2 and ?3 , intersecting each other, so that the lines of incidence, respectively r1, r2 and r3, r4 are substantially orthogonal to the axis of rotation X.

Vantaggiosamente, come sar? chiarito durante la descrizione dell?operazione di calibrazione, con l?apparato automatizzato di calibrazione 1 dell?invenzione, il fatto di prevedere pi? superfici di calibrazione disposte tra loro secondo piani incidenti, consente di massimizzare la distribuzione degli elementi grafici rappresentati in ciascuna delle immagini acquisite. Advantageously, how will it be? clarified during the description of the calibration operation, with the automated calibration apparatus 1 of the invention, the fact of foreseeing more? calibration surfaces disposed according to incident planes, allows to maximize the distribution of the graphic elements represented in each of the acquired images.

Non ? escluso, tuttavia, che secondo varianti esecutive dell?invenzione, il numero di superfici di calibrazione sia differente da sei. Not ? excluding, however, that according to embodiments of the invention, the number of calibration surfaces is different from six.

In particolare, genericamente, l?invenzione prevede che l?apparato automatizzato di calibrazione 1 sia dotato di almeno due superfici di calibrazione 4a e 4b, ciascuna provvista di un pattern di calibrazione 5a e 5b, fissate tra loro adiacenti alla barra rotante 3, in modo che tali superfici di calibrazione 4a e 4b risultino giacenti su due piani ?1, ?2 tra loro incidenti e in modo che i relativi pattern di calibrazione 5a e 5b siano rivolti secondo lo stesso verso, dalla parte opposta di detta barra rotante 3. In particular, generically, the invention provides that the automated calibration apparatus 1 is equipped with at least two calibration surfaces 4a and 4b, each provided with a calibration pattern 5a and 5b, fixed to each other adjacent to the rotating bar 3, in so that these calibration surfaces 4a and 4b lie on two planes ?1, ?2 incident to each other and so that the relative calibration patterns 5a and 5b face in the same direction, on the opposite side of said rotating bar 3.

In particolare, tale configurazione minima ? rappresentata in fig. 4. Ulteriormente, in fig. 5 ? rappresentata una differente forma esecutiva dell?invenzione, in cui sono previste tre superfici di calibrazione 4a, 4b e 4c, fissate alla barra rotante 3, a due a due tra loro adiacenti, in modo che tali tre superfici di calibrazione 4a, 4b e 4c risultino giacenti su tre piani ?1, ?2 e ?3 tra loro incidenti e in modo che i relativi pattern di calibrazione 5a, 5b e 5c siano rivolti, secondo lo stesso verso, dalla parte opposta di detta barra rotante 3. In particular, this minimum configuration ? represented in fig. 4. Further, in fig. 5 ? shown is a different embodiment of the invention, in which three calibration surfaces 4a, 4b and 4c are provided, fixed to the rotating bar 3, adjacent to each other in pairs, so that these three calibration surfaces 4a, 4b and 4c are found to lie on three planes ?1, ?2 and ?3 incident to each other and in such a way that the relative calibration patterns 5a, 5b and 5c face, according to the same direction, on the opposite side of said rotating bar 3.

Ancora, una differente forma esecutiva dell?apparato automatizzato di calibrazione 1 dell?invenzione, come rappresentato in fig. 6, pu? comprendere nove superfici di calibrazione 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4h, e 4i, suddivise in gruppi da tre, laddove per ciascun gruppo, le tre superfici di calibrazione, rispettivamente 4a, 4b, 4c e 4d, 4e, 4f e 4g, 4h, 4i, risultano fissate alla barra rotante 3, a due a due adiacenti tra loro, in modo che per ciascun gruppo, le tre superfici di calibrazione risultino giacenti su tre piani, rispettivamente, ?1, ?2, ?3 e ?1, ?2, ?3 e ?1, ?2 e ?3, tra loro incidenti e in modo che i relativi pattern di calibrazione 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f, 5g, 5h, e 5i siano rivolti, secondo lo stesso verso, dalla parte opposta di detta barra rotante 3. Inoltre, come si osserva sempre in fig. 6, i tre gruppi, composti ciascuno dalle suddette tre superfici di calibrazione, rispettivamente 4a, 4b, 4c e 4d, 4e, 4f e 4g, 4h, 4i, sono fissati alla barra rotante 3 in modo che i pattern di calibrazione 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f, 5g, 5h, e 5i dei tre gruppi siano orientati gli uni rispetto agli altri, secondo versi di orientamento angolarmente distanziati di 120?. Again, a different embodiment of the automated calibration apparatus 1 of the invention, as represented in fig. 6, can comprise nine calibration surfaces 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4h, and 4i, divided into groups of three, where for each group, the three calibration surfaces, respectively 4a, 4b, 4c and 4d, 4e, 4f and 4g, 4h, 4i, are fixed to the rotating bar 3, two by two adjacent to each other, so that for each group, the three calibration surfaces lie on three planes, respectively, ?1, ?2 , ?3 and ?1, ?2, ?3 and ?1, ?2 and ?3, incident to each other and so that the relative calibration patterns 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f, 5g, 5h, and 5i are facing, according to the same direction, on the opposite side of said rotating bar 3. Furthermore, as can be observed again in fig. 6, the three groups, each composed of the aforementioned three calibration surfaces, respectively 4a, 4b, 4c and 4d, 4e, 4f and 4g, 4h, 4i, are fixed to the rotating bar 3 so that the calibration patterns 5a, 5b , 5c, 5d, 5e, 5f, 5g, 5h, and 5i of the three groups are oriented with respect to each other, according to orientation directions angularly spaced by 120?.

Non si esclude, in ogni caso, che ulteriori forme esecutive alternative dell?apparato automatizzato di calibrazione 1 dell?invenzione, possano prevedere un diverso numero di superfici di calibrazione e/o esse siano disposte le une rispetto alle altre secondo differenti configurazioni, purch? siano rispettate le caratteristiche minime sopra indicate. In any case, it is not excluded that further alternative embodiments of the automated calibration apparatus 1 of the invention may provide for a different number of calibration surfaces and/or that they are arranged with respect to each other according to different configurations, provided that the minimum characteristics indicated above are met.

Ritornando alla preferita forma esecutiva dell?invenzione, per quanto riguarda i pattern di calibrazione 5a, 5b, 5c, 5d, 5e e 5f delle superfici di calibrazione 4a, 4b, 4c, 4d, 4e e 4f, ciascuno di essi ? delineato da uno o pi? primi elementi grafici 6, in modo da poter individuare delle specifiche posizioni, all?interno del pattern stesso. Ancora pi? in dettaglio, secondo la preferita forma esecutiva dell?invenzione qui descritta, come rappresentato schematicamente in fig. 7, tali primi elementi grafici 6 rappresentano le caselle 7 di una scacchiera 8 e le specifiche posizioni, in tale preferito caso, corrispondono ad uno o pi? spigoli 9 delle varie caselle 7 della scacchiera 8. Returning to the preferred embodiment of the invention, as regards the calibration patterns 5a, 5b, 5c, 5d, 5e and 5f of the calibration surfaces 4a, 4b, 4c, 4d, 4e and 4f, each of them ? outlined by one or more first graphic elements 6, in order to be able to identify specific positions, within the pattern itself. even more in detail, according to the preferred embodiment of the invention described herein, as schematically represented in fig. 7, these first graphic elements 6 represent the boxes 7 of a chessboard 8 and the specific positions, in this preferred case, correspond to one or more? edges 9 of the various squares 7 of the chessboard 8.

Non ? escluso, tuttavia, che tali pattern di calibrazioni 5a, 5b, 5c, 5d, 5e e 5f possano essere definiti da differenti elementi grafici 6, purch? quest?ultimi consentano di individuare specifiche posizioni nel pattern di calibrazione 5a, 5b, 5c, 5d, 5e e 5f stesso. Not ? excluded, however, that these calibration patterns 5a, 5b, 5c, 5d, 5e and 5f can be defined by different graphic elements 6, provided that the latter allow to identify specific positions in the calibration pattern 5a, 5b, 5c, 5d, 5e and 5f itself.

Ulteriormente, secondo la preferita forma esecutiva dell?invenzione, ciascuno dei pattern di calibrazione 5a, 5b, 5c, 5d, 5e e 5f comprende secondi elementi grafici 10, distintivi rispetto ai secondi elementi grafici 10 dei restanti pattern di calibrazione 5a, 5b, 5c, 5d, 5e e 5f delle superfici di calibrazione 4a, 4b, 4c, 4d, 4e e 4f. Ci? vantaggiosamente, come verr? spiegato pi? dettagliatamente di seguito, consente di individuare e distinguere ciascuno dei suddetti pattern di calibrazione 5a, 5b, 5c, 5d, 5e e 5f rispetto ai restanti pattern di calibrazione 5a, 5b, 5c, 5d, 5e e 5f durante l?operazione di elaborazione delle immagini digitali acquisite. Furthermore, according to the preferred embodiment of the invention, each of the calibration patterns 5a, 5b, 5c, 5d, 5e and 5f comprises second graphic elements 10, distinctive with respect to the second graphic elements 10 of the remaining calibration patterns 5a, 5b, 5c , 5d, 5e and 5f of the calibration surfaces 4a, 4b, 4c, 4d, 4e and 4f. There? advantageously, how will it come? explained more detailed below, allows to identify and distinguish each of the aforementioned calibration patterns 5a, 5b, 5c, 5d, 5e and 5f with respect to the remaining calibration patterns 5a, 5b, 5c, 5d, 5e and 5f during the processing operation of the captured digital images.

Nel caso della preferita forma esecutiva dell?invenzione, come si osserva in fig. 7, tali secondi elementi grafici 10 sono rappresentati da dei cerchi 11 inseriti in alcune caselle 7 della scacchiera 8 e per ciascuno dei pattern di calibrazione 5a, 5b, 5c, 5d, 5e e 5f la posizione di tali cerchi 11 ? distinta ed univoca rispetto alla posizione che gli stessi cerchi 11 presentano nei restanti pattern di calibrazione 5a, 5b, 5c, 5d, 5e e 5f. In the case of the preferred embodiment of the invention, as can be seen in fig. 7, these second graphic elements 10 are represented by circles 11 inserted in some boxes 7 of the chessboard 8 and for each of the calibration patterns 5a, 5b, 5c, 5d, 5e and 5f the position of these circles 11 ? distinct and univocal with respect to the position that the same circles 11 have in the remaining calibration patterns 5a, 5b, 5c, 5d, 5e and 5f.

L?apparato automatizzato di calibrazione 1 dell?invenzione comprende inoltre, mezzi di motorizzazione 12 configurati per porre in rotazione la barra rotante 3 e le superfici di calibrazione 4a, 4b, 4c, 4d, 4e e 4f rispetto alla struttura di supporto 2, attorno al suddetto asse di rotazione X. The automated calibration apparatus 1 of the invention also comprises drive means 12 configured to rotate the rotating bar 3 and the calibration surfaces 4a, 4b, 4c, 4d, 4e and 4f with respect to the support structure 2, around to the aforementioned axis of rotation X.

Secondo la preferita forma esecutiva dell?invenzione, tali mezzi di motorizzazione 12 comprendono un motore elettrico 13, in particolare un motore elettrico passo-passo 14, in modo tale da poter eseguire tale rotazione in modo discreto, secondo passi di rotazione, ciascuno con un?ampiezza angolare predefinita. According to the preferred embodiment of the invention, these drive means 12 comprise an electric motor 13, in particular a stepping electric motor 14, so as to be able to perform this rotation in a discrete manner, according to rotation steps, each with a ?default angular width.

Infine, l?apparato automatizzato di calibrazione 1 dell?invenzione comprende mezzi elettronici di controllo ed interfacciamento 15 configurati per controllare i suddetti mezzi di motorizzazione 12 e per consentire l?interfacciamento con un?unit? di controllo appartenente al suddetto scanner 3D 100. Finally, the automated calibration apparatus 1 of the invention comprises electronic control and interfacing means 15 configured to control the aforesaid drive means 12 and to allow interfacing with a unit? control belonging to the aforementioned 3D scanner 100.

Pi? in dettaglio tali mezzi elettronici di controllo ed interfacciamento 15 sono configurati in modo da portare in rotazione a passi la barra rotante 3 e le superfici di calibrazione 4a, 4b, 4c, 4d, 4e e 4f attorno al suddetto asse di rotazione X, laddove ciascuno dei passi di rotazione presenta un?ampiezza angolare predefinita. Pi? in detail, these electronic control and interfacing means 15 are configured so as to rotate the rotating bar 3 and the calibration surfaces 4a, 4b, 4c, 4d, 4e and 4f in steps around the aforesaid axis of rotation X, where each of the rotation steps has a predefined angular amplitude.

Come accennato in precedenza, fa parte dell?invenzione anche il metodo di calibrazione di uno scanner 3D 100, in particolare per la determinazione dei parametri intrinseci ed estrinseci della pluralit? di sensori di immagine 102 appartenente a tale scanner 3D 100, del tipo sopra descritto, laddove tale metodo di calibrazione ? attuato mediante un apparato automatizzato di calibrazione 1 dell?invenzione, secondo la preferita forma esecutiva dell?invenzione o secondo una qualsiasi delle varianti precedentemente descritte. As previously mentioned, the method of calibrating a 3D scanner 100 is also part of the invention, in particular for determining the intrinsic and extrinsic parameters of the plurality of of image sensors 102 belonging to this 3D scanner 100, of the type described above, where this calibration method ? performed by means of an automated calibration apparatus 1 of the invention, according to the preferred embodiment of the invention or according to any of the previously described variants.

Il metodo di calibrazione prevede, innanzitutto, di disporre la barra rotante 3 dell?apparato automatizzato di calibrazione 1 dell?invenzione, passante attraverso la struttura di supporto anulare 101 dello scanner 3D 100, in modo che il suddetto asse di rotazione X risulti sostanzialmente ortogonale al piano di giacenza ? della struttura di supporto anulare 101, e risulti passante sostanzialmente in corrispondenza del centro c della stessa struttura di supporto anulare 101. Tale configurazione ottenuta eseguendo la prima operazione del metodo dell?invenzione ? rappresentata in fig. 8. The calibration method first of all provides for arranging the rotating bar 3 of the automated calibration apparatus 1 of the invention, passing through the annular support structure 101 of the 3D scanner 100, so that the aforementioned axis of rotation X is substantially orthogonal on the storage floor? of the annular support structure 101, and passes substantially in correspondence with the center c of the same annular support structure 101. This configuration obtained by carrying out the first operation of the method of the invention ? represented in fig. 8.

Il metodo dell?invenzione prevede, inoltre, di porre in rotazione la barra rotante 3 congiuntamente con le superfici di calibrazione 4a, 4b, 4c, 4d, 4e e 4f, mediante i mezzi di motorizzazione 12. The method of the invention also provides for rotating the rotating bar 3 jointly with the calibration surfaces 4a, 4b, 4c, 4d, 4e and 4f, by means of the drive means 12.

In particolare, secondo la preferita forma esecutiva dell?invenzione, il metodo dell?invenzione prevede di ruotare a passi la barra rotante 3 con le superfici di calibrazione 4a, 4b, 4c, 4d, 4e e 4f, laddove ciascuno dei passi di rotazione presenta un?ampiezza angolare predefinita. In particular, according to the preferred embodiment of the invention, the method of the invention provides for rotating the rotating bar 3 in steps with the calibration surfaces 4a, 4b, 4c, 4d, 4e and 4f, where each of the rotation steps has a predefined angular width.

Non ? escluso, tuttavia, che secondo varianti esecutive del metodo, tale rotazione possa avvenire in modalit? continua. Not ? excluded, however, that according to executive variants of the method, this rotation can take place in mode? continues.

Ritornando alla preferita forma esecutiva dell?invenzione, il metodo prevede di comandare, durante la suddetta rotazione della barra rotante 3, l?acquisizione di una pluralit? di immagini digitali delle superfici di calibrazione 4a, 4b, 4c, 4d, 4e e 4f da parte di ciascuno dei sensori di immagini 102 dello scanner 3D 100. Returning to the preferred embodiment of the invention, the method provides for commanding, during the aforementioned rotation of the rotating bar 3, the acquisition of a plurality of of digital images of the calibration surfaces 4a, 4b, 4c, 4d, 4e and 4f by each of the image sensors 102 of the 3D scanner 100.

In particolare, prevedendo di eseguire l?acquisizione delle immagini delle superfici di calibrazione 4a, 4b, 4c, 4d, 4e e 4f contestualmente alla rotazione della barra rotante 3 rispetto alla struttura di supporto 101 dello scanner 3D 100, ciascun sensore di immagine 102 sar? in grado di acquisire una pluralit? di immagini di ciascuna delle superfici di calibrazione 4a, 4b, 4c, 4d, 4e e 4f, in differenti posizioni e orientamenti rispetto allo stesso sensore di immagine 102. In particular, by providing for the acquisition of the images of the calibration surfaces 4a, 4b, 4c, 4d, 4e and 4f simultaneously with the rotation of the rotating bar 3 with respect to the support structure 101 of the 3D scanner 100, each image sensor 102 will be ? able to acquire a plurality? of images of each of the calibration surfaces 4a, 4b, 4c, 4d, 4e and 4f, in different positions and orientations with respect to the same image sensor 102.

Un esempio di immagini digitali acquisite dalla pluralit? di sensori di immagine 102, nello stesso istante di acquisizione ? riportato in fig. 9. Inoltre, attuando contestualmente le suddette operazioni di rotazione e di acquisizione, i sensori di immagini 102 tra loro attigui dello scanner 3D 100, nel medesimo istante di acquisizione (clock), avranno la possibilit? di inquadrare e quindi di acquisire un?immagine digitale del pattern di calibrazione 5a, 5b, 5c, 5d, 5e e 5f della medesima superficie di calibrazione 4a, 4b, 4c, 4d, 4e e 4f. Ci?, consente di ottimizzare la calibrazione dello scanner 3D 100, in particolare consente di definire in modo estremamente preciso i parametri estrinseci del gruppo di sensori di immagini 102 appartenenti allo stesso scanner 3D 100. An example of digital images acquired by the plurality? of 102 image sensors, at the same instant of acquisition ? shown in fig. 9. Furthermore, by carrying out the aforementioned rotation and acquisition operations at the same time, the mutually adjacent image sensors 102 of the 3D scanner 100, in the same acquisition instant (clock), will have the possibility? to frame and then acquire a digital image of the calibration pattern 5a, 5b, 5c, 5d, 5e and 5f of the same calibration surface 4a, 4b, 4c, 4d, 4e and 4f. This allows to optimize the calibration of the 3D scanner 100, in particular it allows to define in an extremely precise way the extrinsic parameters of the group of image sensors 102 belonging to the same 3D scanner 100.

Secondo la preferita forma esecutiva del metodo dell?invenzione, che prevede la rotazione a passi delle superfici di calibrazione 4a, 4b, 4c, 4d, 4e e 4f, la fase di acquisizione per ciascun sensore di immagine 102 prevede di acquisire un'immagine digitale, tra un passo di rotazione e il successivo. According to the preferred embodiment of the method of the invention, which provides for the stepwise rotation of the calibration surfaces 4a, 4b, 4c, 4d, 4e and 4f, the acquisition step for each image sensor 102 provides for acquiring a digital image between one rotation step and the next.

Inoltre, preferibilmente, la fase di rotazione e di conseguenza la fase di acquisizione, vengono attuate in modo tale da ruotare per un intero giro la barra rotante 3 attorno al suddetto asse, ossia in modo da completare un giro di 360? di rotazione. Furthermore, preferably, the rotation step and consequently the acquisition step, are carried out in such a way as to rotate the rotating bar 3 for an entire revolution around the aforesaid axis, ie in such a way as to complete a revolution of 360? of rotation.

Una volta acquisite la pluralit? di immagini digitali per ciascuno dei sensori di immagine 102 appartenenti allo scanner 3D 100, come descritto poc?anzi, il metodo di calibrazione dell?invenzione prevede di elaborare tali immagini digitali, in modo da definire i parametri intriseci di ciascun sensore di immagine 102 e i parametri estrinseci della pluralit? di sensori di immagini 102 rispetto ad un riferimento spaziale noto. In particolare, il metodo dell?invenzione, prevede preferibilmente ma non necessariamente di fissare come punto di riferimento spaziale noto, la pozione spaziale di uno dei suddetti sensori di immagine 102. Once you have acquired the plurality? of digital images for each of the image sensors 102 belonging to the 3D scanner 100, as described above, the calibration method of the invention provides for processing these digital images, so as to define the intrinsic parameters of each image sensor 102 and the extrinsic parameters of plurality? of image sensors 102 with respect to a known spatial reference. In particular, the method of the invention preferably but not necessarily provides for fixing the spatial position of one of the aforementioned image sensors 102 as a known spatial reference point.

Come accennato in precedenza, il fatto di utilizzare per la calibrazione dello scanner 3D 100, una pluralit? di superfici di calibrazione 4a, 4b, 4c, 4d, 4e e 4f giacenti su piani tra loro incidenti, laddove ciascuna superficie presenta un relativo pattern di calibrazione 5a, 5b, 5c, 5d, 5e e 5f univoco rispetto agli altri, dato dalla presenza dei suddetti secondi elementi grafici 10, determina il fatto che ciascuna immagine digitale acquisita rappresenti pi? di un pattern di calibrazione 5a, 5b, 5c, 5d, 5e e 5f. As mentioned above, the fact of using for the calibration of the 3D scanner 100, a plurality? of calibration surfaces 4a, 4b, 4c, 4d, 4e and 4f lying on mutually incident planes, where each surface has a relative calibration pattern 5a, 5b, 5c, 5d, 5e and 5f unique with respect to the others, given by the presence of the aforementioned second graphic elements 10, determines the fact that each acquired digital image represents more? of a 5a, 5b, 5c, 5d, 5e and 5f calibration pattern.

Ci? vantaggiosamente permette, per ciascuna immagine acquisita da elaborare, da un lato di massimizzare la distribuzione degli elementi grafici, in particolare dei primi elementi grafici 6, ove tali elementi grafici sono la somma dei primi elementi grafici 6 dei pattern di calibrazione presenti nella specifica immagine, e dall?altro lato di facilitare la distinzione di un pattern di calibrazione 5a, 5b, 5c, 5d, 5e e 5f dall?altro, grazie alla presenza dei suddetti secondi elementi grafici 10 distintivi e univoci. There? advantageously it allows, for each acquired image to be processed, on the one hand to maximize the distribution of the graphic elements, in particular of the first graphic elements 6, where these graphic elements are the sum of the first graphic elements 6 of the calibration patterns present in the specific image, and on the other hand to facilitate the distinction of a calibration pattern 5a, 5b, 5c, 5d, 5e and 5f on the other, thanks to the presence of the aforementioned second distinctive and unambiguous graphic elements 10.

Quest?ultimo aspetto in particolare, consente di agevolare, durante l?elaborazione delle immagini, l?associazione delle specifiche posizioni nello spazio reale individuabili in ciascuno dei pattern di calibrazione 5a, 5b, 5c, 5d, 5e e 5f, con le relative posizioni dello stesso pattern di calibrazione 5a, 5b, 5c, 5d, 5e e 5f individuate nelle immagini digitali, acquisite sia dal medesimo sensore di immagine, in diverse posizioni e quindi in diversi istanti di acquisizione, sia da pi? sensori di immagini attigui, nel medesimo istante di acquisizione. This last aspect in particular makes it possible to facilitate, during image processing, the association of the specific positions in real space identifiable in each of the calibration patterns 5a, 5b, 5c, 5d, 5e and 5f, with the relative positions of the same calibration pattern 5a, 5b, 5c, 5d, 5e and 5f identified in the digital images, acquired both from the same image sensor, in different positions and therefore at different acquisition instants, and from more? contiguous image sensors, at the same instant of acquisition.

Per la definizione dei parametri intrinseci di ciascun sensore di immagine 102, il metodo dell?invenzione, preferibilmente, prevede di eseguire le seguenti operazioni: For the definition of the intrinsic parameters of each image sensor 102, the method of the invention preferably provides for carrying out the following operations:

- acquisire una pluralit? k di immagini, ciascuna rappresentante due o pi? delle suddette superfici di calibrazione 4a, 4b, 4c, 4d, 4e e 4f in posizioni angolari distinte rispetto alle restanti immagini; - acquire a plurality? k of images, each representing two or more? of the aforementioned calibration surfaces 4a, 4b, 4c, 4d, 4e and 4f in distinct angular positions with respect to the remaining images;

- definire per ciascuna delle superfici di calibrazione 4a, 4b, 4c, 4d, 4e e 4f le coordinate nello spazio reale P0?Pm-1 di uno o pi? elementi grafici m del pattern di calibrazione 5a, 5b, 5c, 5d, 5e e 5f; - da ciascuna delle k immagini acquisite, estrarre per ciascuna delle superfici di calibrazione 4a, 4b, 4c, 4d, 4e e 4f, le coordinate bidimensionali pk,0?pk,m-1 di ciascuno degli elementi grafici m di detto pattern di calibrazione 5a, 5b, 5c, 5d, 5e e 5f; - define for each of the calibration surfaces 4a, 4b, 4c, 4d, 4e and 4f the coordinates in real space P0?Pm-1 of one or more? graphic elements m of the calibration pattern 5a, 5b, 5c, 5d, 5e and 5f; - from each of the k acquired images, extract for each of the calibration surfaces 4a, 4b, 4c, 4d, 4e and 4f, the two-dimensional coordinates pk,0?pk,m-1 of each of the graphic elements m of said calibration pattern 5a, 5b, 5c, 5d, 5e and 5f;

- associare, per ciascuno degli elementi grafici m le relative coordinate nello spazio reale P0?Pm-1 con le rispettive coordinate bidimensionali pk,0?pk,m-1; - associating, for each of the graphic elements m, the relative coordinates in real space P0?Pm-1 with the respective two-dimensional coordinates pk,0?pk,m-1;

- inizializzare i parametri di calibrazione, risolvendo un sistema lineare con k vincoli dati dalle k mappature proiettive omografiche stimate; - initialize the calibration parameters, solving a linear system with k constraints given by the k estimated homographic projective mappings;

- inizializzare le k posizioni di ciascuna superficie di calibrazione 4a, 4b, 4c, 4d, 4e e 4f con le rotazioni e le traslazioni estratte da dette omografie; - initializing the k positions of each calibration surface 4a, 4b, 4c, 4d, 4e and 4f with the rotations and translations extracted from said homographies;

- individuare i parametri intrinseci congiuntamente alle posizioni del sensore di immagine rispetto alla superficie di calibrazione 4a, 4b, 4c, 4d, 4e e 4f che minimizzano le distanze al quadrato nello spazio dell'immagine tra gli elementi grafici e le proiezioni di tali elementi grafici, utilizzando i metodi dei minimi quadrati. - find the intrinsic parameters in conjunction with the positions of the image sensor with respect to the calibration surface 4a, 4b, 4c, 4d, 4e and 4f which minimize the squared distances in the image space between the graphics and the projections of those graphics using least squares methods.

Per quanto riguarda invece la determinazione dei parametri estrinseci della pluralit? di sensori di immagine 102, il metodo dell?invenzione prevede di eseguire le seguenti operazioni: As for the determination of the extrinsic parameters of the plurality? of image sensors 102, the method of the invention provides for carrying out the following operations:

- risolvere un problema di ?perspective-n-point? usando i parametri intriseci individuati per ciascuna immagine digitale acquisita di ciascuno di detti sensori di immagine i, per stimare una trasformazione rigida relativa a ciascuna superficie di calibrazione 4a, 4b, 4c, 4d, 4e e 4f con tale sensore di immagine i; - solve a ?perspective-n-point? using the intrinsic parameters identified for each digital image acquired by each of said image sensors i, to estimate a rigid transformation relating to each calibration surface 4a, 4b, 4c, 4d, 4e and 4f with this image sensor i;

- nel caso in cui due sensori di immagine i e j adiacenti acquisiscano la medesima superficie di calibrazione 4a, 4b, 4c, 4d, 4e e 4f nel medesimo istante di acquisizione, date dette trasformazioni rigide stimate durante l?operazione precedente per ciascuno dei sensori di immagine, calcolare la trasformazione rigida T i , j relativa a detta coppia di sensori di immagini adiacenti; - if two adjacent image sensors i and j acquire the same calibration surface 4a, 4b, 4c, 4d, 4e and 4f at the same acquisition instant, given said rigid transformations estimated during the previous operation for each of the image sensors , calculating the rigid transformation T i , j relating to said pair of adjacent image sensors;

- dalle trasformazioni rigide T i , j calcolare in una forma chiusa una prima stima della trasformazione rigida T i di ciascun sensore di immagine i; - from the rigid transformations T i , j calculating in a closed form a first estimate of the rigid transformation T i of each image sensor i;

- individuare i parametri estrinseci che minimizzano la distanza al quadrato nello spazio immagine tra le coordinate estratte degli elementi grafici distintivi e le proiezioni degli elementi grafici distintivi, utilizzando i metodi dei minimi quadrati. - identify the extrinsic parameters that minimize the squared distance in the image space between the extracted coordinates of the distinctive graphic elements and the projections of the distinctive graphic elements, using the least squares methods.

In base a quanto detto quindi l?apparato automatizzato di calibrazione 1 secondo l?invenzione e il relativo metodo di calibrazione raggiungono tutti gli scopi prefissati. On the basis of what has been said, therefore, the automated calibration apparatus 1 according to the invention and the relative calibration method achieve all the set purposes.

In particolare, ? raggiunto lo scopo di realizzare un apparato automatizzato di calibrazione per scanner 3D in grado di permettere l?acquisizione delle immagini di calibrazione in modo estremamente preciso e ripetibile. In particular, ? achieved the goal of creating an automated calibration apparatus for 3D scanners capable of allowing the acquisition of calibration images in an extremely precise and repeatable way.

Un ulteriore scopo raggiunto dall?invenzione ? la realizzazione di un apparato automatizzato di calibrazione che consenta di ridurre i tempi di esecuzione dell?operazione di calibrazione rispetto alle operazioni di calibrazione eseguite manualmente. Another aim achieved by the invention ? the creation of an automated calibration apparatus which allows to reduce the execution times of the calibration operation compared to the calibration operations performed manually.

Infine, ? raggiunto anche lo scopo di realizzare un apparato automatizzato di calibrazione che consenta di eseguire l?operazione di calibrazione anche da parte di personale non altamente specializzato. In the end, ? also achieved the aim of realizing an automated calibration apparatus that allows the calibration operation to be performed even by non highly specialized personnel.

Claims

1) Automated calibration apparatus (1) for the calibration of a plurality? of image sensors (102) belonging to a 3D scanner (100), said 3D scanner (100) comprising an annular-shaped support structure (101), defining a storage plane (?), and said plurality? of image sensors (102) spaced apart along said annular structure (101) and facing the center (c) of said annular structure (101), characterized in that said automated calibration apparatus (1) comprises:

- a? support frame (2) to which ? rotatably coupled a rotating bar (3) so as to define an axis of rotation (X);

- at least two calibration surfaces (4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f), each provided with a calibration pattern (5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f), fixed to said rotating bar (3) in so that said calibration surfaces (4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f) lie on two planes (?1, ?2, ?3, ?1, ?2, ?3) incident to each other and so that said calibration patterns (5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f) are facing, according to the same direction, on the opposite side of said rotating bar (3);

- drive means (12) configured to rotate said rotating bar (3) and said calibration surfaces (4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f) with respect to said support structure (2);

- electronic control and interfacing means (15) configured to control said drive means (12) and to allow interfacing with a unit? control of said 3D scanner (100).

2) Automated calibration apparatus (1) according to claim 1, characterized in that it comprises at least three calibration surfaces (4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f), each provided with a calibration pattern (5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f), said calibration surfaces (4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f) being fixed to said rotating bar (3) so that said calibration surfaces (4a, 4b, 4c, 4d , 4e, 4f) are found to lie on three planes (?1, ?2, ?3, ?1, ?2, ?3) incident to each other and in such a way that said calibration patterns (5a, 5b, 5c, 5d, 5e , 5f) are facing, in the same direction, on the opposite side of said rotating bar (3).

3) Automated calibration apparatus (1) according to claim 1, characterized in that it comprises at least six calibration surfaces (4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f), each provided with a calibration pattern (5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f), said calibration surfaces (4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f) being fixed to said rotating bar (3) so that three first calibration surfaces (4a, 4b, 4c) are found to lie on three close-ups (?1, ?2, ?3) incident to each other and in such a way that said calibration patterns (5a, 5b, 5c) face, according to the same direction, on the opposite side of said rotating bar ( 3) and in such a way that three second calibration surfaces (4d, 4e, 4f) lie on three second planes (?1, ?2, ?3) incident to each other and in such a way that said calibration patterns (5d, 5e, 5f) are facing, in the same direction, on the opposite side of said rotating bar (3) and on the opposite side of said calibration patterns (5a, 5b, 5c) of said first three calibration surfaces (4a, 4b, 4c) .

4) Automated calibration apparatus (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that each of said calibration patterns (5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f) of said calibration surfaces (4a, 4b, 4c , 4d, 4e, 4f) has the same first graphic elements (6) with respect to the remaining calibration patterns (5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f) and distinctive second graphic elements (10) with respect to the remaining calibration patterns (5a , 5b, 5c, 5d, 5e, 5f) of said calibration surfaces (4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f).

5) Automated calibration apparatus (1) according to claim 4, characterized in that each of said calibration patterns (5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f) of said calibration surfaces (4a, 4b, 4c, 4d , 4e, 4f) ? defined by a chessboard (8), where each of said first graphic elements (6) corresponds to a box (7) of said chessboard (8), each of said boxes defining at least one corner (9), said second graphic elements (10 ) corresponding to one or more? circles (11) defined internally to one or more? of said boxes (7).

6) Automated calibration apparatus (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that said drive means (12) comprise an electric motor (13), in particular a stepping electric motor (14).

7) Automated calibration apparatus (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that said calibration surfaces (4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f) lying on said planes (?1, ?2, ?3 , ?1, ?2, ?3) intersecting each other define lines of incidence (r1, r2, r3 r4) orthogonal to said axis of rotation (X).

8) Automated calibration apparatus (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that said electronic control and interfacing means (15) are configured to control said drive means (12) so as to bring into rotation by steps said rotating bar (3) and said calibration surfaces (4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f), wherein each of said rotation steps has a predefined angular amplitude.

9) Calibration method of a 3D scanner (100), in particular for the definition of the intrinsic and extrinsic parameters of the plurality? of image sensors (102) belonging to said 3D scanner (100), said 3D scanner (100) comprising an annular-shaped support structure (101) and said plurality of image sensors (102) spaced apart along said annular structure (101) and facing the center (c) of said annular support structure (101), characterized in that said calibration method ? implemented by means of an automated calibration apparatus (1) according to any one of the preceding claims, said method providing for:

- arrange said rotating bar (3) of said automated calibration apparatus (1) passing through said annular support structure (101) of said 3D scanner (100) so that said axis of rotation (X) is substantially orthogonal to said plane of lying (?) of said annular support structure (101), at the center (c) of said annular support structure (101);

- rotating said rotating bar (3) with said calibration surfaces (4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f) by means of said drive means (12);

- controlling the acquisition by said image sensors (102) of digital images of said calibration surfaces (4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f).

10) Calibration method according to claim 9, characterized in that said rotation step provides for the rotation of said rotating bar (3) in steps with said calibration surfaces (4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f), where each of said rotation steps has a predefined angular amplitude.

11) Calibration method according to claim 10, characterized in that said acquisition step provides for each image sensor (101) to acquire a digital image, between one rotation step and the next.

12) Calibration method according to any of the claims from 9 to 11, characterized by the fact of providing after the acquisition of said digital images, the processing of said digital images so as to define the intrinsic parameters of each of said image sensors (102) and the extrinsic parameters of said plurality? of image sensors (102) with respect to a known reference.