Sistema de escaneado y método para escanear.

Un sistema de escaner para escanear un objeto, comprendiendo el sistema:

un dispositivo escaner (1); un objetivo (17) independiente del objeto; y un procesador (21), en el que el dispositivo escaner (1) es un dispositivo manual y comprende: un emisor (13) para proyectar un juego de luces sobre el objeto; y un sensor (12) para capturar imagenes del objeto, en el que el objetivo (17) tiene caracteristicas geometricas predeterminadas, visibles para el sensor (12) simultaneamente con el objeto, en el que el procesador (21) esta adaptado para determinar la localización del sensor (12) con respecto al objeto, en el que el procesador (21) esta preparado, cuando se usa, para generar datos geometricos, que comprende un modelo tridimensional del objeto, basandose en las imagenes del objeto con el juego de luces proyectado sobre el por el emisor (13, en el que el dispositivo escaner (1) comprende ademas una fuente de luz (14) para iluminar direccionalmente el objeto, y el sensor (12) esta preparado para capturar imagenes fotometricas del objeto iluminado por la fuente de luz (14), en el que el procesador (21) esta preparado, cuando se usa, para generar un conjunto de imagenes fotometricas del objeto cuando esta iluminado desde diferentes direcciones por la fuente de luz (14), y en el que el procesador (21) esta prepaardo, cuando se usa, para combinar los datos geometricos, el conjunto de imagenes fotometricas y la localización del sensor con respecto al objeto para cada imagen fotometrica, mediante un proceso de rectificación, para obtener un modelo que comprende información geometrica del objeto junto con información fotometrica espacialmente registrada con la información geometrica.

Sistema de escaneado y metodo para escanear La presente invención se refiere a un sistema, y al correspondiente metodo, para escanear un objeto real. El objeto del escaneo puede ser un articulo completo o una porción suya, o la superficie o porción de la superficie de un articulo. El sistema y el metodo de la invención son capaces de realizar la adquisición de la geometria y de las propiedades de reflectancia de la superficie del material del objeto del escaneo. Los ejemplos de tales propiedades de reflectancia de la superficie del material incluyen el color de la superficie y la capacidad reflectante, a la que tambien puede referirse como propiedades de reflectancia.

Se conocen sistemas para la adquisición de la geometria 3D de la forma de un objeto, por ejemplo como se describe en el documento WO 2005/040850. Sin embargo, la información geometrica sola no es siempre suficiente para aplicaciones concretas de escaneo, tales como la adquisición de un modelo a todo color para videojuegos y peliculas de animación (por ejemplo, escanear y reconstruir una figura para su posterior animación) , la visualización interactiva (por ejemplo, para usos medicos o para el uso academico tales como el escaneo de antiguedades para su posterior estudio) , y el control de calidad (por ejemplo, inspeccionar el acabado superficial de un objeto con respecto a su acabado satinado o de brillo deseados, inspeccionar la perfección de la pintura aplicada sobre un objeto pintado) .

Se conocen otros sistemas para adquirir información de un objeto por via "estereofotometrica" (PS) (del ingles photometric stereo) , es decir obtener información espacial sobre las propiedades de la interacción de la superficie de un objeto con la luz. La Figura 1 muestra un ejemplo de la disposición tradicional de los elementos de un sistema para la adquisición de un objeto por via estereofotometrica. Se coloca una unica camara 100 para capturar imagenes de un objeto 101 iluminado individualmente y secuencialmente por un numero de fuentes 102, 103, 104 de luz, habiendose obtenido las posiciones geometricas de las fuentes de luz con respecto al objeto a traves de una calibración anterior. En la Figura 1 se muestran tres fuentes de luz que representan una tipica disposición minima de los elementos. Sin embargo, hay problemas y limitaciones con semejante sistema: por ejemplo, dependiendo del modelo de reflectancia del material usado, la determinación de la información PS del objeto puede ser insoluble o requerir una cantidad extremadamente grande de energia o de tiempo de tratamiento. La variedad de materiales a los que se puede aplicar puede estar muy limitada, por ejemplo objetos que exhiban una reflexión especular no se pueden adquirir correctamente. Puede ayudar el uso de fuentes adicionales de luz y de modelos de de reflexión mas avanzados, pero esto aumenta los requisitos de elementos del equipo y la dificultad de la calibración. Ademas, un sistema PS, como el anteriormente descrito, es inc6modo de operar y de organizar su disposición, en concreto, se requieren fuentes de luz, geometricamente multiples y radiometricamente calibradas. Esto no permite, por si mismo, hacer posible que se consigan escaneres c6modos y movibles (por ejemplo, de mano) . Los datos PS en los que se recupera la geometria por integración tienen tambien el problema de ser "no-metricos" en el sentido de que no proporcionan información sobre la altura, anchura y amplitud total, y pueden estar sujetos a una desviación de baja frecuencia debido a la integración, que implica una posible curvatura en el espacio.

Un problema mas es registrar y combinar, es decir reconciliar, los datos geometricos y los datos fotometricos adquiridos con diferentes tecnicas.

Las publicaciones "Building a digital model of Michelangelo's Florentine Pietº" (Construcción de un modelo digital de la Piedad Florentina de Miguel Angel) (Computer Graphics and Applications, IEEE; Vol. 1, paginas 59-67, 01.2002) y "Strategies for registering range images from unknown camera positions" (Estrategias para registrar imagenes de rango desde posiciones de camara desconocidas) (Three-Dimensional Image Capture and Applications III, Proc. SPIE, Vol. 3958, paginas 200-206, 03.2000) ambos escritos por F. Bernardini y colaboradores, describen la combinación de la proyección de modelos y fotometria. La publicación "A versatile camera position measurement system for virtual reality TV production" (Un sistema de medida de la posición de una camara versatil para la producción de TV con realidad virtual) (International Broadcasting Convention, Conference Publication Nº 447, 09.1997) de G-A. Thomas y colaboradores describen un registro de la posición para una camara de mano.

La presente invención tiene por objeto aliviar, al menos parcialmente, uno o mas de los problemas anteriores.

Por consiguiente, la presente invención proporciona un sistema de escaner segun la reivindicación 1.

La presente invención proporciona tambien un metodo para escanear un objeto segun la reivindicación 12.

Un sistema que realiza la invención es capaz de ofrecer ventajas que incluyen una exactitud mejorada, un coste reducido y una capacidad mejorada de uso con respecto a las tecnologias convencionales, y se puede producir en una camara portatil, de mano. Ademas de las aplicaciones estandar para la adquisición geometrica 3D (tal como por ejemplo, ingenieria inversa, control de calidad) , la capacidad del sistema para capturar las propiedades de reflectancia de la superficie del material, como por ejemplo color no homogeneo y la reflexión especular, lo hacen aplicable en una amplia variedad de otros campos, tales como la adquisición de modelos a todo color, la visualización interactiva, y el analisis de materiales, por ejemplo la inspección de la calidad de un trabajo de pintura o de un acabado superficial.

Un sistema o un metodo que realice la invención de forma ventajosa, solamente requiere un unico sensor (por ejemplo una camara) para capturar imagenes del objeto. Ademas, un sistema que realiza la invención requiere solamente, de forma ventajosa, una unica fuente de luz, que puede ser una fuente de luz compuesta, pero la fuente de luz puede ser compacta con una dimensión maxima de, digamos, 150 mm o mas pequena. Tampoco se requieren fuentes adicionales de contraluz. Todas estas caracteristicas hacen posible que el dispositivo de escaner de la invención se pueda hacer portatil, y preferiblemente de mano. Por supuesto, se pueden usar, opcionalmente, multiples fuentes de luz si lo requiere la aplicación, pero el propio dispositivo de escaner puede ser, todavia, una sola unidad portatil, preferiblemente de mano.

Se describiran ahora las realizaciones de la invención, unicamente a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos que las acompanan, en los que:

La Figura 1 describe un sistema previo para adquirir información estereofotometrica de un objeto;

la Figura 2 describe un sistema que comprende un escaner, un objetivo óptico, un objeto y un procesador segun una primera realización de la invención;

la Figura 3 describe el sistema de la primera realización adquiriendo información geometrica;

la Figura 4a muestra un conjunto de imagenes de un objeto adquirido por el sistema de la Figura 2 desde diferentes puntos de vista;

la Figura 4b muestra la información fotometrica procedente de la Figura 4a despues de su tratamiento para dar un conjunto de imagenes reconstruidas desde el mismo punto de vista, pero iluminadas de forma eficaz por una fuente de luz desde diferentes direcciones;

la Figura 5 describe esquematicamente el tratamiento para transformar una de las imagenes procedente de la Figura 4a en la correspondiente imagen de la Figura 4b;

la Figura 6 ilustra un sistema segun una segunda realización de la invención; y la Figura 7 describe el sistema de la Figura 6 en uso.

Ahora se describira un sistema segun una primera realización de la invención. La Figura 2 muestra los elementos componentes del sistema, que en esta realización consisten en un dispositivo 1 de escaneo, de mano; un objetivo óptico 17 y un procesador 21. Los componentes del escaner 1 de mano incluyen: el cuerpo principal del escaner 1, al que el resto de los componentes estan acoplados; una camara 12; un proyector 13 de rayas laser u otra fuente adecuada para proyectar uno o mas planos de luz sobre el objetivo 17 y el objeto que hay sobre el para producir una linea o raya de luz visible para la camara 12; y al menos una fuente 14 de luz fotometrica. Los componentes... [Seguir leyendo]

1. Un sistema de escaner para escanear un objeto, comprendiendo el sistema:

un dispositivo escaner (1) ; un objetivo (17) independiente del objeto; y un procesador (21) , en el que el dispositivo escaner (1) es un dispositivo manual y comprende: un emisor (13) para proyectar un juego de luces sobre el objeto; y un sensor (12) para capturar imagenes del objeto, en el que el objetivo (17) tiene caracteristicas geometricas predeterminadas, visibles para el sensor (12) simultaneamente con el objeto, en el que el procesador (21) esta adaptado para determinar la localización del sensor (12) con respecto al objeto, en el que el procesador (21) esta preparado, cuando se usa, para generar datos geometricos, que comprende un modelo tridimensional del objeto, basandose en las imagenes del objeto con el juego de luces proyectado sobre el por el emisor (13, en el que el dispositivo escaner (1) comprende ademas una fuente de luz (14) para iluminar direccionalmente el objeto, y el sensor (12) esta preparado para capturar imagenes fotometricas del objeto iluminado por la fuente de luz (14) , en el que el procesador (21) esta preparado, cuando se usa, para generar un conjunto de imagenes fotometricas del objeto cuando esta iluminado desde diferentes direcciones por la fuente de luz (14) , y en el que el procesador (21) esta prepaardo, cuando se usa, para combinar los datos geometricos, el conjunto de imagenes fotometricas y la localización del sensor con respecto al objeto para cada imagen fotometrica, mediante un proceso de rectificación, para obtener un modelo que comprende información geometrica del objeto junto con información fotometrica espacialmente registrada con la información geometrica.

2. Un sistema de escaner segun la reivindicación 1, que comprende un filtro aplicado por el procesador (21) para combinar los datos geometricos y los datos fotometricos, en el que preferiblemente el filtro comprende un filtro de Wiener.

3. Un sistema de escaner segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la fuente de luz

(14) se posiciona en, o adyacente a, el sensor (12) para iluminar el objeto desde sustancialmente la misma dirección desde la que es visto por el sensor (12) .

4. Un sistema de escaner segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el dispositivo escaner (1) es movible cuando se usa.

5. Un sistema de escaner segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, situado de forma que el objeto se puede situar entre el dispositivo escaner y el objetivo (17) .

6. Un sistema de escaner segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el objetivo

(605) esta preparado para ser situado sobre el objeto.

7. Un sistema de escaner segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el objetivo (605) tiene una abertura (611) a traves de la cual se puede ver el objeto.

8. Un sistema de escaner segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que se proporcionan el emisor (13) , el sensor (12) y la fuente de luz (14) sobre el cuerpo principal (1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5) y tienen posiciones fijas, relativamente predeterminadas.

9. Un sistema de escaner segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que al menos una porción del objetivo (17) es de reflexividad predeterminada.

10. Un sistema de escaner segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el procesador

(21) esta preparado para proporcionar información al usuario del sistema con respecto al menos una dirección desde la cual se captura una imagen adicional del objeto basandose en los datos geometricos y/o en los datos fotometricos generados a partir de las imagenes previas.

11. Un sistema de escaner segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende solamente un dicho unico sensor (12) para capturar imagenes del objeto.

12, Un metodo para escanear un objeto que comprende las etapas de:

proporcionar un dispositivo escaner (1) manual que comprende: un emisor (13) para proyectar sobre el objeto un juego de luces; un sensor (12) para capturar imagenes del objeto; y una fuente de luz (14) para iluminar direccionalmente el objeto;

proporcionar un objetivo (17) que tiene caracteristicas geometricas predeterminadas;

proporcionar el objeto que va a ser escaneado;

proporcionar el objetivo en una posición fija con respecto al objeto; y capturar simultaneamente imagenes del objeto y caracteristicas del objetivo usando el sensor;

determinar la localización del sensor (12) con respecto al objeto basandose en las imagenes capturadas;

proyectar el juego de luces sobre el objeto usando el emisor (13) ;

generar datos geometricos, que comprenden un modelo tridimensional del objeto, basandose en las imagenes del objeto con el juego de luces proyectado sobre el;

iluminar direccionalmente el objeto usando la fuente de luz (14) ;

generar un conjunto de imagenes fotometricas para el objeto cuando se ilumina desde diferentes direcciones por la fuente de luz (14) ; y combinar los datos geometricos, el conjunto de imagenes fotometricas y la localización del sensor con respecto al objeto para cada imagen fotometrica, mediante un proceso de rectificación, para obtener un modelo que comprende información geometrica del objeto junto con información fotometrica espacialmente registrada con la información geometrica.

13. Un metodo segun la reivindicación 12, que comprende ademas mover el sensor (12) y la fuente de luz (14)

entre la captura sucesiva de imagenes, que ademas comprende, preferiblemente, proporcionar información a un usuario del metodo sobre al menos una dirección desde la que se captura una imagen adicional del objeto basandose en los datos geometricos y/o los datos fotometricos generados a partir de las imagenes previas.

14. Un metodo segun la reivindicación 12 6 13, que comprende repetir todas las etapas para perfeccionar iterativamente el modelo de salida.

15. Un metodo segun alguna de las reivindicaciones 12, 13 6 14, puesto en practica usando el sistema de escaner segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11.