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TELECAMERE 3D
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- ELETTRONICA OGGI 459 - GENNAIO/FEBBRAIO 2017
U
na telecamera 3D Light Field acquisisce immagini in
2D abbinate a dati relativi alla profondità della scena,
utilizzando un’unica telecamera, un obbiettivo stan-
dard e un processo di acquisizione senza particolari illumi-
nazioni. Le telecamere Raytrix, distribuite in Italia da
Image S
,
risultano quindi ideali soprattutto per l’acquisizione di piccoli
componenti, in situazioni nelle quali non è possibile utilizzare
un sistema di telecamere stereo o un sistema basato sulla trian-
golazione laser, perché coprirebbero un’area troppo ampia o
perché hanno un ingombro eccessivo. Un esempio tipico sono
spine, connettori o circuiti stampati posizionati all’interno di
un contenitore di plastica profondo. Poiché l’immagine viene
rilevata con un’unica acquisizione, non è necessario che i com-
ponenti siano fermi: si può scattare una vera e propria “istanta-
nea”, assicurando velocità elevate.
In linea di principio, l’area acquisibile da una telecamera Raytrix
dipende esclusivamente dall’ottica utilizzata. La risoluzione tri-
dimensionale effettiva corrisponde al massimo a un quarto del-
la risoluzione del sensore e varia sull’intero campo in base alla
profondità della scena. Una telecamera Raytrix è in grado di
fornire una risoluzione inferiore all’1% dell’altezza inquadrata
nell’immagine acquisita. Le telecamere Raytrix possono quindi
essere adattate a ricostruire immagini tridimensionali di altezze
differenti selezionando un obiettivo adeguato. Sono disponibili
anche modelli che possono essere collegati a un normale mi-
croscopio per trasformarlo in un microscopio 3D.
Modalità di funzionamento
La figura 1 illustra la struttura di una telecamera 3D Light Field
di Raytrix. L’ottica principale genera un’immagine 3D interme-
dia virtuale. Questa immagine 3D intermedia ha il solo scopo di
mostrare dove l’obiettivo principale mette a fuoco i vari punti
dell’oggetto. Ogni lente dell’array di microottiche agisce come
una telecamera a risoluzione minore di quella del sensore che
vede l’immagine 3D virtuale da una prospettiva/angolazione
leggermente diversa. Questa struttura è paragonabile a un ar-
ray di telecamere con l’unica differenza che, in una telecamera
3D Light Field, l’obiettivo rimpicciolisce la scena (o la ingrandi-
sce nel caso dei microscopi) prima dell’acquisizione mediante
una serie di “microcamere virtuali”.
L’immagine così generata dalla telecamera Raytrix non può
essere utilizzata direttamente. Da essa devono essere ricava-
te le informazioni di profondità e un’immagine 2D “normale”,
operazione svolta mediante algoritmi sviluppati e implementati
da Raytrix. Poiché questi calcoli richiedono molta potenza di
calcolo, vengono demandati alla scheda grafica. Per una tele-
camera Raytrix R12 con sensore da 12 megapixel, questa ope-
razione può essere svolta attualmente al ritmo di 15 immagini al
secondo su un normale PC con scheda NVIDIA GTX780.
L’array di microottiche sviluppato e brevettato da Raytrix, co-
stituito da microottiche con diverse lunghezze focali, è in grado
di coprire una profondità di campo maggiore. Questo sistema
acquisisce una scena simultaneamente da differenti angoli di
vista, aumentando notevolmente la profondità di campo della
telecamera senza ridurre l’apertura. Una maggiore profondità
di campo consente inoltre di acquisire dati di profondità su una
zona più ampia di quanto non si possa fare, ad esempio, con un
sistema di telecamere stereo. Questo metodo risulta particolar-
mente efficace nelle applicazioni con microscopi oppure con
oggetti che presentano ombre.
Telecamere 3D Light Field come strumenti di misura
La versione più recente del software Raytrix consente anche
la calibrazione di una telecamera 3D Light Field. La calibrazio-
ne riequilibra diversi aspetti del sistema ottico. In particolare
vengono calcolati la lunghezza focale, la distanza focale, l’in-
clinazione dell’asse ottico dell’obiettivo principale rispetto al
sensore, la distorsione radiale e la curvatura del piano focale
dell’obiettivo. Vengono inoltre equalizzate le differenze che esi-
stono fra le microlenti.
La calibrazione è molto diversa rispetto ai sistemi di telecamere
stereo. Nelle telecamere 3D Light Field di Raytrix, le microlenti
vengono considerate come sistemi multicamera e, utilizzando
una tecnica di correlazione, si cerca di correlare i vari elemen-
Misure in 3D con
la tecnologia Light Field
Lennart Wietzke
Ceo
Raytrix
Un’analisi della tecnologia e delle possibilità di
misura offerte dalle telecamere 3D Light Field di
Raytrix, ideali per applicazioni industriali di ispezione,
microscopia 3D, misure di portata e fenotipizzazione