3D-Grab

2000 – 2007

3D-Grab è una serie di strumenti elettro-ottici, sviluppata e costruita dall’AILUN, per la rilevazione automatica della topografia e tessitura (fotografia) delle superfici. Il principio di funzionamento applicato è basato sull’illuminazione strutturata in contro fase.

Esame in ortostatismo. (Immagine: AILUN)
Esame in ortostatismo. (Immagine: AILUN)

Gli strumenti sono portatili, non contengono elementi mobili e sono utilizzabili immediatamente dopo l’installazione del software/accessione del computer. L’alta velocità di registrazione delle immagini e una totale assenza di radiazioni ionizzanti rendono questi strumenti particolarmente adatti per le riprese di soggetti umani o altri, mobili o di difficile accessibilità.

Tra le possibili applicazioni si potrebbero citare gli esami ortopedici, le fotografie di volti umani e il riconoscimento delle persone, la registrazione e la trasmissione di filmati 3D (sequenza di fotografie), fotografie di oggetti d’arte in condizioni inadatte per altri tipi di scanner 3D o per realizzare velocemente la loro documentazione fotografica 3D. Una veloce ricostruzione 3D dell’immagine ripresa permette inoltre di archiviare solo le registrazioni riducendo in maniera significativa il volume dei dati da immagazzinare.

Principio di funzionamento

Il soggetto esaminato è fotografato due volte proiettando sulla sua superficie una struttura di frange.  L’illuminazione per la seconda immagine è complementare rispetto alla prima (struttura di frange in contro fase). La coppia d’immagini registrate permette di calcolare sia la fotografia “continua” del soggetto (senza frange), sia una struttura normalizzata di frange indipendente dal suo colore locale (luminosità del soggetto).

Modalità di acquisizione. (Immagine: AILUN)
Modalità di acquisizione. (Immagine: AILUN)

La distanza del sistema di proiezione da quello d’osservazione (dalla camera CCD) è fissa, e dipende dal modello di strumento.  Le frange normalizzate ottenute sono successivamente elaborate applicando la trasformazione di Hilbert e una tecnica di correzione degli errori di fase intrinseci di questa trasformazione, sviluppata all’AILUN.

Insieme alla mappa tridimensionale e alla fotografia della schiena, che vengono acquisite contemporaneamente, lo strumento calcola la curvatura locale.

Calcolo della curvatura. (Immagine: AILUN)
Calcolo della curvatura. (Immagine: AILUN)

Ciò permette di localizzare automaticamente punti specifici della superficie analizzata (fossette del bacino, linea dei processi spinosi, triangolo della taglia, spalle, osso coccige, ascelle, settima vertebra), evitando il posizionamento manuale di reperi (markers), procedura, quest’ultima, che risulterebbe altrimenti lunga e soggetta a notevoli errori.

Grazie ad accordi presi con l’ASL di Nuoro e con la Clinica Ortopedica dell’Università Cattolica di Roma si è svolta la verifica della funzionalità clinica del sistema, attraverso lo svolgimento di esami di routine su pazienti dei due Enti. Il sistema realizzato (attualmente distribuito dalla Diagnostic Support) e il relativo software sono stati presentati in vari convegni e pubblicazioni.

Come detto in precedenza, 3D-Grab può essere utilizzato anche in ambiti diversi da quello medico. Altri esempi di acquisizione:

Immagine: AILUN
Immagine: AILUN

Pubblicazioni

Kozłowski J., Serra G., Metodo PLL modificato per la demodulazione di fase di strutture a frange, in Elettroottica ’96, Atti del 4° Convegno Nazionale ‘Strumentazione e metodi di misura elettroottici’, pp. 143-147, (Milano, 1996).

Kozłowski J., Serra G., Modified PLL method for fringe pattern demodulation, in Proc. Research into Spinal Deformities, Stockholm, J. A. Sevastic, K. M. Diab (Eds.), IOS Press, (1997), presentato al ‘First Meeting of the International Research Society of Spinal Deformities’ (Stoccolma, 16-19 giugno 1996).

Kozłowski J., Serra G., A new modified PLL method for fringe pattern demodulation, in Opt. Engin. 36., pp. 2025-30 (1997).

Kozłowski J., Serra G., A novel Complex Phase Tracing (CPT) method for fringe pattern analysis with reduced phase error, in Fringe ’97, Automatic Processing of Fringe Patterns, Akademie Verlag Series, Opt.Metr., pp. 139-141  (1997), presentato alla conferenza Fringe’97 (Bremen).

Kozłowski J., Serra G., The Complex Phase Tracing based, shape evaluation system for orthopaedic application, in Erice’97, Diffractive Optics and Optical Microsystems (1997).

Kozłowski J., Serra G., Analysis of the complex phase error introduced by the application of the Fourier transform method, in J. Modern Opt., 46 – 6, pp. 957-971 (1999).

Kozłowski J., Serra G., Complex phase tracing method for fringe pattern analysis, in Appl. Optics, 38 -10, pp. 2256-2262 (1999).