ITMI972667A1

ITMI972667A1 - PROCEDURE FOR MEASURING THREE-DIMENSION PROFILES BY STRUCTURED LIGHT PROJECTION

Info

Publication number: ITMI972667A1
Application number: IT97MI002667A
Authority: IT
Inventors: Giovanna Sansoni; Sara Lazzari
Original assignee: Uni Degli Studi Brescia
Priority date: 1997-12-02
Filing date: 1997-12-02
Publication date: 1999-06-02
Also published as: EP1038157A1; AU1876499A; IT1296825B1; WO1999028704A1

Description

DESCRIZIONE DESCRIPTION

Oggetto della presente invenzione è un procedimento per la misura di profili tridimensionali di oggetti vari mediante proiezione di luce strutturata. The object of the present invention is a method for measuring three-dimensional profiles of various objects by means of structured light projection.

Come noto, il procedimento per la rilevazione e la misura di profili tridimensionali è basato su un sistema di visione stereo attiva "active stereo Vision" che ha come scopo la misura del profilo tridimensionale dell'oggetto "target" sotto misura rappresentata da una nuvola di punti contenente in ogni punto le tre coordinate x, y, z dell'oggetto stesso in quel punto. As is known, the procedure for the detection and measurement of three-dimensional profiles is based on an "active stereo Vision" system whose purpose is to measure the three-dimensional profile of the "target" object under measurement represented by a cloud of points containing in each point the three coordinates x, y, z of the object itself at that point.

Come è noto, l'apparato di misura 3-D è costituito sostanzialmente da 3 componenti fondamentali, mostrati nel layout di Fig.l: As is known, the 3-D measuring apparatus substantially consists of 3 fundamental components, shown in the layout of Fig. 1:

l'unità di acquisizione, costituita ad esempio da una telecamera B/W, standard COIR, equipaggiata con un obiettivo zoom; the acquisition unit, consisting for example of a COIR standard B / W camera, equipped with a zoom lens;

il sistema di proiezione della luce, costituito da un proiettore a cristalli liquidi LCD; the light projection system, consisting of an LCD liquid crystal projector;

l'unità di elaborazione, costituita da un Personal Computer, ad esempio Pentium 133MHz, dotato di scheda di acquisizione (frame grabber) PCimage Matrix Vision e in cui risiedono le procedure di misura. the processing unit, consisting of a Personal Computer, for example Pentium 133MHz, equipped with a PCimage Matrix Vision acquisition card (frame grabber) and in which the measurement procedures reside.

La sua geometria ottica è pure presentata in Fig.l. Una telecamera CCD in bianco e nero con 756x581 elementi sensibili acquisisce, lungo una direzione diversa da quella di proiezione, i pattern proiettati dall'unità di proiezione. I punti Ec ed Ep, che rappresentano le pupille di entrata e di uscita della telecamera e del proiettore rispettivamente, sono poste ad una distanza L dal piano R e ad una distanza relativa pari a d. L'asse ottico della telecamera e del proiettore definiscono un piano che interseca perpendicolarmente il piano R. I parametri FW e FH rappresentano la larghezza del campo inquadrato lungo la coordinata x e la coordinata y rispettivamente. Un personal computer controlla il proiettore e, attraverso un fraine grabber, acquisisce le immagini e ne svolge l'elaborazione. Its optical geometry is also presented in Fig.l. A black and white CCD camera with 756x581 sensitive elements acquires, along a direction other than that of projection, the patterns projected by the projection unit. The points Ec and Ep, which represent the entrance and exit pupils of the camera and projector respectively, are placed at a distance L from the R plane and at a relative distance equal to d. The optical axis of the camera and projector define a plane that intersects perpendicularly the R plane. The FW and FH parameters represent the width of the field framed along the x coordinate and the y coordinate respectively. A personal computer controls the projector and, through a fraine grabber, acquires the images and carries out their processing.

La risoluzione è pari a N lungo la direzione x, M lungo la direzione y, ove N x M è la dimensione della memoria del frame grabber. The resolution is N along the x direction, M along the y direction, where N x M is the memory size of the frame grabber.

Il profilo 3D è ottenuto mediante triangolazione. La Fig. i mostra il principio che ne è alla base: la direzione di proiezione descritta dal raggio EpA è vista dalla telecamera sul piano R nel punto A quando non è presente l'oggetto, e nel punto B quando questo è invece presente. L'altezza ZH(x,y) = HH' dell'oggetto nel punto H(x,y) può essere valutata osservando che i triangoli BHA e EpHEc sono simili: si possono così conoscere le dimensioni dei due triangoli in funzione delle lunghezze d ed L e applicare la formula di triangolazione che conduce all’espressione dell'altezza: The 3D profile is obtained by triangulation. Fig. I shows the underlying principle: the projection direction described by the beam EpA is seen by the camera on the R plane at point A when the object is not present, and at point B when it is present instead. The height ZH (x, y) = HH 'of the object at point H (x, y) can be evaluated by observing that the triangles BHA and EpHEc are similar: it is thus possible to know the dimensions of the two triangles as a function of the lengths d and L and apply the triangulation formula that leads to the expression of the height:

Nell'espressione (1) la lunghezza SR(x,y) è uguale a quella del segmento AB e rappresenta lo spostamento che la direzione di proiezione EpA subisce ad opera dell'altezza H(x,y) dell'oggetto. In expression (1) the length SR (x, y) is equal to that of the segment AB and represents the displacement that the projection direction EpA undergoes due to the height H (x, y) of the object.

Il sensore integra quattro procedure di misura che si differenziano tra loro per il modo in cui esse ottengono la misura dello spostamento SR(x,y). Tali procedure sono: The sensor integrates four measurement procedures that differ from each other in the way in which they obtain the measurement of the displacement SR (x, y). These procedures are:

1. procedura di misura basata su proiezione di Codice Gray (GCM: Gray Code Method) ; 1. measurement procedure based on Gray Code projection (GCM: Gray Code Method);

2. procedura di misura basata su proiezione di singolo grating (SGM: Single Grating Method); 2. measurement procedure based on single grating projection (SGM: Single Grating Method);

3. procedura di misura basata su Phase Shift (PSM: Phase Shift Method); 3. Phase Shift-based measurement procedure (PSM: Phase Shift Method);

4. procedura combinata (GCM-PSM: Gray Code Method -Phase Shift Method). 4. combined procedure (GCM-PSM: Gray Code Method - Phase Shift Method).

L'approccio GCM è basato sulla proiezione, in n passi successivi, di n pattern a frange che definiscono sullo spazio di lavoro 2<n >direzioni di proiezione, comunemente chiamate light planes. Le frange sono parallele alla direzione y, e il periodo spaziale lungo la direzione x di ciascun pattern varia in maniera tale da stabilire una corrispondenza biunivoca fra i light planes e le parole ad n bit del Codice Gray. La Fig. 2 mostra, attraverso un disegno, il risultato dell’attribuzione della codifica; si<’ >è evidenziato anche che la relazione stabilita dalle parole di codice di n bit consente di individuare, senza ulteriore decomposizione, 2<n >direzioni di proiezione. The GCM approach is based on the projection, in n successive steps, of n fringed patterns that define on the workspace 2 <n> projection directions, commonly called light planes. The fringes are parallel to the y direction, and the spatial period along the x direction of each pattern varies in such a way as to establish a one-to-one correspondence between the light planes and the n-bit words of the Gray Code. Fig. 2 shows, through a drawing, the result of the attribution of the coding; yes <'> it is also highlighted that the relationship established by the n-bit code words allows to identify, without further decomposition, 2 <n> projection directions.

Ciascun pattern viene acquisito dalla telecamera e un opportuno algoritmo di sogliatura attribuisce il valore Ό ' o il valore Ί ' al livello di grigio di ciascun pixel del CCD. Questa procedura porta alla costruzione di una matrice, chiamata "Bit Piane Stack" (BPS), avente le stesse dimensioni del CCD: ciascun elemento del BPS memorizza una parola di codice Gray di n bit nel pixel corrispondente del CCD. Una semplice operazione di Look Up Table (LUT) consente la conversione della parola di codice Gray di n bit in un numero di light piane intero dove j e k sono le coordinate discrete sul CCD, corrispondenti alle coordinate x e y rispettivamente sul piano di riferimento mediante le relazioni: Each pattern is acquired by the camera and a suitable thresholding algorithm attributes the value Ό 'or the value Ί' to the gray level of each pixel of the CCD. This procedure leads to the construction of a matrix, called "Bit Piane Stack" (BPS), having the same dimensions as the CCD: each element of the BPS stores a Gray code word of n bits in the corresponding pixel of the CCD. A simple Look Up Table (LUT) operation allows the conversion of the n-bit Gray code word into an integer light plane number where j and k are the discrete coordinates on the CCD, corresponding to the x and y coordinates respectively on the reference plane by means of the relations:

La stessa sequenza di pattern viene proiettata in due situazioni differenti, corrispondenti al caso in cui sul piano di riferimento R non sia presente l'oggetto e al caso in cui lo sia. Vengono così a formarsi due BPS, chiamati BPS_R per il riferimento e BPS_0 per l'oggetto. I light planes del BPS_R subiscono uno spostamento nel BPS_0: la Fig.3 dà un'idea di come si formi il numero di light piane sul BPS_R nel punto (j,k) mediante la proiezione sul piano R di n=4 pattern e come esso si sia spostato nel BPS_0 nel punto quando un oggetto a forma di parallelepipedo sia posto sul piano di riferimento. The same pattern sequence is projected in two different situations, corresponding to the case in which the object is not present on the reference plane R and to the case in which it is. Thus two BPSs are formed, called BPS_R for the reference and BPS_0 for the object. The light planes of the BPS_R undergo a displacement in the BPS_0: Fig. 3 gives an idea of how the number of light planes on the BPS_R is formed at the point (j, k) through the projection on the R plane of n = 4 patterns and how it has moved in BPS_0 to the point when a parallelepiped-shaped object is placed on the reference plane.

Lo spostamento SR(x,y) viene stimato mediante la seguente formula: The displacement SR (x, y) is estimated using the following formula:

dove il parametro Dc(j,k) rappresenta la distanza fra le codifiche ed è valutato calcolando la differenza punto a punto delle codifiche di light piane presenti nelle mappe BPS_R e BPS 0: where the parameter Dc (j, k) represents the distance between the encodings and is evaluated by calculating the point-to-point difference of the plane light encodings present in the BPS_R and BPS 0 maps:

dove k è un fattore di conversione che converte i light piane in pixel. where k is a conversion factor that converts flat lights to pixels.

Lo spostamento viene poi convertito in quota mediante l'espressione (1). The displacement is then converted to dimension using expression (1).

L'univocità della relazione esistente fra direzione di proiezione e parola di codice consente a questo metodo di cogliere correttamente e senza ambiguità forti discontinuità di quota degli oggetti che si desidera misurare: esso si dimostra pertanto appropriato alla misura di oggetti che presentano marcate discontinuità di forma. Inoltre, grazie alla binarizzazione dell'area di misura, il GCM è caratterizzato da una ripetibilità che consente di raggiungere valori di precisione superiori a quelli raggiungibili con i metodi PSM e SGM. I metodi del Phase shift (PSM) e del Singolo Grating (SGM) sono simili sotto molti punti di vista: essi basano il loro principio sull'informazione di fase che è possibile ricavare dalla proiezione di luce strutturata sull'area di misura. Il principio utilizzato stabilisce una relazione fra un numero reale, costituito dalla fase, e le direzioni di proiezione uscenti dal proiettore. Tale attribuzione viene rappresentata schematicamente in Fig.4 dove è anche possibile osservare che una stessa codifica Θ è associata a più direzioni di proiezione. The uniqueness of the relationship existing between the projection direction and the code word allows this method to correctly and unambiguously capture strong discontinuities in the height of the objects to be measured: it therefore proves to be appropriate for the measurement of objects with marked discontinuities in shape . Moreover, thanks to the binarization of the measurement area, the GCM is characterized by a repeatability that allows to reach precision values higher than those achievable with the PSM and SGM methods. The Phase Shift (PSM) and Single Grating (SGM) methods are similar from many points of view: they base their principle on the phase information that can be obtained from the structured light projection on the measurement area. The principle used establishes a relationship between a real number, consisting of the phase, and the projection directions outgoing from the projector. This attribution is schematically represented in Fig. 4 where it is also possible to observe that the same encoding Θ is associated with several projection directions.

Entrambi i metodi portano ad ottenere due mappe di fase, una per il piano di riferimento e una per l'oggetto. La differenza fra PSM e SGM riguarda solo il numero di pattern proiettati e la tecnica utilizzata per la demodulazione di fase. Both methods lead to two phase maps, one for the reference plane and one for the object. The difference between PSM and SGM only concerns the number of patterns projected and the technique used for phase demodulation.

L'approccio PSM prevede la proiezione sull'area di misura di un numero np di pattern a frange aventi un profilo di intensità periodico di periodo p: ciascun pattern si ottiene traslando spazialmente il pattern precedente di una frazione di periodo pari a p/np. L'intensità dei pattern a frange proiettati deve presentare un profilo sinusoidale. La procedura di misura ha luogo in due passi: i pattern di intensità sono proiettati prima sul piano di riferimento R e poi sull'oggetto sotto misura. The PSM approach involves the projection on the measurement area of a number np of fringed patterns having a periodic intensity profile of period p: each pattern is obtained by spatially translating the previous pattern by a fraction of period equal to p / np. The intensity of the projected fringed patterns must have a sinusoidal profile. The measurement procedure takes place in two steps: the intensity patterns are projected first on the reference plane R and then on the object under measurement.

si consideri np=4, che corrisponde al caso maggiormente utilizzato. Si indichino con consider np = 4, which corresponds to the most used case. Indicate with

le intensità acquisite dalla telecamera rispettivamente in assenza e in presenza dell'oggetto, in corrispondenza di ciascuna traslazione Tali mappe si esprimono come: the intensities acquired by the camera respectively in the absence and in the presence of the object, in correspondence with each translation These maps are expressed as:

dove a(j,k) è la luminosità media osservata, è il contrasto tra il caso di massima e minima illuminazione, è la frequenza di propagazione del pattern sinusoidale nella direzione x, r(j) è lo shift laterale del pattern dovuto alla proiezione dal finito e s(j,k) è lo spostamento dovuto all'oggetto. where a (j, k) is the observed average brightness, is the contrast between the case of maximum and minimum illumination, is the propagation frequency of the sinusoidal pattern in the x direction, r (j) is the lateral shift of the pattern due to the projection from the finite and s (j, k) is the displacement due to the object.

Le intensità possono essere combinate per ottenere la mappa di fase The intensities can be combined to obtain the phase map

piano di riferimento e la mappa di fase reference plane and phase map

dell'oggetto attraverso le seguenti relazioni: of the object through the following relationships:

Lo spostamento laterale SR(x,y) è stimato attraverso la equivalenza seguente: The lateral displacement SR (x, y) is estimated through the following equivalence:

esprime la distanza fra le codifiche della fase. expresses the distance between the phase encodings.

Esso viene poi convertito in quota mediante la espressione (1). It is then converted to quota using expression (1).

L'approccio SGM consiste nell'elaborazione, per oggetto e per riferimento, di un solo pattern a frange mediante una demodulazione nel dominio del tempo. The SGM approach consists in the elaboration, by object and by reference, of a single fringed pattern by means of a demodulation in the time domain.

L'intensità dell'immagine acquisita viene moltiplicata per una funzione seno e per una funzione coseno la cui frequenza è uguale o vicina alla frequenza portante del grating. I due segnali così ottenuti sono filtrati passa basso e l'informazione di fase si ricava applicando l'arcotangente al rapporto fra i due segnali. Seguendo il flusso mostrato in Fig.5 sia per il riferimento che per l'oggetto, si ottengono rispettivamente le mappe di fase Lo spostamento The intensity of the acquired image is multiplied by a sine function and by a cosine function whose frequency is equal to or close to the carrier frequency of the grating. The two signals thus obtained are low-pass filtered and the phase information is obtained by applying the arctangent to the ratio between the two signals. Following the flow shown in Fig. 5 for both the reference and the object, the displacement phase maps are obtained respectively

è valutato mediante la espressione (11). is evaluated by the expression (11).

E’ noto che quando si applica la funzione arcotangente, la fase ottenuta è affetta da un'ambiguità pari a 2 ηπ ; per questo l'informazione di quota non è univocamente determinata: è affetta anch'essa dalla stessa ambiguità. Per valutare il valore di fase assoluto è necessaria l'applicazione di un robusto algoritmo di unwrapping che ha successo per alcune tipologie di oggetti che non presentano brusche variazioni di quota o forti discontinuità di forma: per queste infatti è alta la probabilità che l'algoritmo di unwrapping fallisca. It is known that when the arctangent function is applied, the phase obtained is affected by an ambiguity equal to 2 ηπ; for this reason the quota information is not univocally determined: it is also affected by the same ambiguity. To evaluate the absolute phase value, it is necessary to apply a robust unwrapping algorithm that is successful for some types of objects that do not have sudden changes in height or strong discontinuities in shape: for these, in fact, the probability is high that the algorithm of unwrapping fails.

Poiché poi il profilo dell'oggetto si ottiene utilizzando una mappa di fase uniformemente distribuita sulla scena acquisita, la risoluzione in altezza è teoricamente infinita, e, nella pratica di misura, essa risulta limitata soltanto dal rumore e dagli errori commessi per la quantizzazione dei livelli di grigio. I metodi PSM e SGM si mostrano pertanto adatti al rilievo di dettagli e particolari fini della superficie. Since then the profile of the object is obtained using a phase map uniformly distributed on the acquired scene, the resolution in height is theoretically infinite, and, in the practice of measurement, it is limited only by the noise and by the errors committed for the quantization of the levels. of gray. The PSM and SGM methods are therefore suitable for surveying details and fine details of the surface.

La combinazione dei metodi GCM e PSM è ottenuta aggiungendo un termine frazionario all'intero che codifica i light-plane secondo l'approccio GCM, termine che consente di risolvere ulteriormente ciascuna direzione di proiezione. Questa operazione è resa possibile omettendo l'ultimo pattern della sequenza di proiezione del GCM, calcolando l'ultimo bit significativo (LSB, Least Significant Bit) della codifica incompleta per mezzo del PSM e aggiungendovi una parte frazionaria. Come esempio è riportata in Fig.6 la sequenza di proiezione per il caso in cui n sia uguale a 4. Si proietta la sequenza tipica del GCM omettendo l'ultimo pattern, poiché esso è uguale al primo utilizzato dal PSM. Le codifiche associate ai light piane non saranno più quelle del GCM completo, in quanto ora il bit meno significativo è posto a zero. Si applica poi la procedura PSM che consente di determinare il contributo di fase. In tal modo, la codifica associata ad ogni direzione di proiezione è un valore reale: essa viene indicata nel seguito con ed ha la seguente espressione: The combination of the GCM and PSM methods is obtained by adding a fractional term to the integer that encodes the light-planes according to the GCM approach, a term that allows to further solve each direction of projection. This is made possible by omitting the last pattern of the GCM projection sequence, calculating the last significant bit (LSB, Least Significant Bit) of the incomplete encoding by means of the PSM and adding a fractional part to it. As an example, Fig.6 shows the projection sequence for the case in which n is equal to 4. The typical sequence of the GCM is projected by omitting the last pattern, since it is the same as the first one used by the PSM. The encodings associated with the plane lights will no longer be those of the complete GCM, as now the least significant bit is set to zero. The PSM procedure is then applied to determine the phase contribution. In this way, the coding associated with each direction of projection is a real value: it is indicated below with and has the following expression:

Nell'espressione (12) il termine rappresenta la codifica proveniente dal GCM, il termine di fase In expression (12) the term represents the coding from the GCM, the phase term

proviene dal PSM, e il termine rappresenta la correzione di fase (determinata sperimentalmente) necessaria per eliminare l'incompletezza del Gray Code. Questo procedimento ha lo scopo di risolvere efficacemente i singoli raggi uscenti dal dispositivo di proiezione e allo stesso tempo di identificarli in maniera univoca in tutto l'intervallo di misura, pari alla larghezza di campo inquadrato FW, come schematizzato in Fig.7 . comes from the PSM, and the term represents the phase correction (experimentally determined) necessary to eliminate the incompleteness of the Gray Code. This procedure has the purpose of effectively solving the individual rays coming out of the projection device and at the same time identifying them in a univocal in the whole measurement interval, equal to the framed field width FW, as schematized in Fig. 7.

La procedura di misura ha luogo in due passi: la sequenza di pattern descritta viene proiettata prima sul piano di riferimento e quindi sull'oggetto sotto misura. Si ottengono in tal modo due matrici a valori reali, per il riferimento (RVLP_R) e per l'oggetto (RVLP_0) . Lo spostamento è ottenuto mediante la relazione: The measurement procedure takes place in two steps: the pattern sequence described is first projected onto the reference plane and then onto the object under measurement. In this way, two real-valued arrays are obtained, for the reference (RVLP_R) and for the object (RVLP_0). The displacement is obtained through the relation:

nella quale il termine in which the term

rappresenta la distanza fra le codifiche. L'informazione di quota si ottiene utilizzando poi la formula di triangolazione (1). represents the distance between the encodings. The height information is then obtained using the triangulation formula (1).

La procedura di misura che integra GCM e PSM permette di ricostruire il profilo di oggetti che presentano sia brusche discontinuità (salti di quota o pendenze ripide) che piccoli particolari (rilievi o scanalature). Infatti il termine è ottenuto mediante l'espressione (13), ove il termine Dc(j,k) è un numero reale e può quindi assumere valori in modulo inferiori all'unità, consentendo così una risoluzione maggiore rispetto al GCM singolo. The measurement procedure that integrates GCM and PSM allows to reconstruct the profile of objects that have both abrupt discontinuities (jumps in height or steep slopes) and small details (reliefs or grooves). In fact the term is obtained by means of the expression (13), where the term Dc (j, k) is a real number and can therefore assume values in modulus lower than unity, thus allowing a higher resolution than the single GCM.

Limitazioni. Limitations.

Il procedimento, secondo le procedure sovra-esposte presenta diversi inconvenienti, a seconda dei singoli approcci. The process, according to the above-described procedures, has various drawbacks, depending on the individual approaches.

Limiti dell'approccio GCM Limitations of the GCM approach

Limite sull'ampiezza dell'area di misura legato alla risoluzione. Limit on the width of the measurement area linked to the resolution.

La formula di triangolazione (1) stabilisce che la risoluzione in quota dipende fra gli altri parametri, anche dal minimo valore ottenibile per lo spostamento D'altro canto, la minimizzazione di The triangulation formula (1) establishes that the resolution in height depends, among other parameters, also on the minimum value obtainable for the displacement.On the other hand, the minimization of

dipende dalla riduzione dei valori dei parametri Dc ed FW nell'espressione (4). In essa il termine è un numero intero e quindi non inferiore in modulo all'unità. Pertanto il minimo valore dello spostamento si ottiene riducendo, a parità di risoluzione laterale (parametro N nell'espressione (4)) la larghezza del campo inquadrato (FW nell'espressione (4)). it depends on the reduction of the values of the parameters Dc and FW in the expression (4). In it the term is an integer and therefore not less than the unit in modulo. Therefore, the minimum value of the displacement is obtained by reducing, with the same lateral resolution (parameter N in expression (4)), the width of the field of view (FW in expression (4)).

Limite sull'ampiezza dell'area di misura legato all'errore di deriva. Limit on the amplitude of the measurement area linked to the drift error.

La dimensione dell'area illuminata risulta ulteriormente limitata da un errore nella misura della quota dovuto alla geometria ottica del sistema, che prevede la proiezione da un punto a distanza finita dal riferimento (vedi fig.l).La figura 12 mostra un esempio, relativo alla misura dell'oggetto a forma di parallelepipedo (fig.l2.a) di dimensioni nominali 137 x 50.40 x 50 (mm). La quota dell'oggetto è quella fornita da un calibro micrometrico di incertezza pari al centesimo di millimetro. The size of the illuminated area is further limited by an error in the measurement of the height due to the optical geometry of the system, which provides for the projection from a point at a finite distance from the reference (see fig. 1). to the measurement of the parallelepiped-shaped object (fig.l2.a) with nominal dimensions 137 x 50.40 x 50 (mm). The height of the object is that provided by a micrometric gauge of uncertainty equal to one hundredth of a millimeter.

In figura 12.b viene presentata la quota misurata lungo una sezione longitudinale dell'oggetto stesso. Essa presenta un errore di misura ben osservabile nella pendenza dell'oggetto, nel seguito denominato 'errore di deriva'. Esso è per il caso in esame, pari al 25.3% della quota massima dell'oggetto stesso. Tale errore è di natura sistematica ed è una conseguenza diretta del fatto che nell'Equazione (4) lo spostamento SR(x,y) viene valutato a partire dalla distanza di codifiche Figure 12.b shows the height measured along a longitudinal section of the object itself. It presents a clearly observable measurement error in the slope of the object, hereinafter referred to as 'drift error'. It is for the case in question, equal to 25.3% of the maximum share of the object itself. This error is systematic in nature and is a direct consequence of the fact that in Equation (4) the displacement SR (x, y) is evaluated starting from the encoding distance

Tuttavia rappresenta solo una stima dello spostamento cercato, e, a causa della proiezione al finito, tale stima è sempre più grossolana all'aumentare della coordinata x, ovvero in corrispondenza di valori crescenti di FW. However, it represents only an estimate of the displacement sought, and, due to the finite projection, this estimate is always coarser as the x coordinate increases, ie in correspondence with increasing values of FW.

Limite sull'ampiezza dell'area di misura legato alla precisione. Limit on the width of the measurement area related to accuracy.

Lo spostamento delle codifiche che caratterizza la mappa BPS_0 rispetto alla mappa BPS_R non dipende solamente dalla deformazione indotta dalla forma dell'oggetto, ma è affetta da un'incertezza tipica della fase di binarizzazione dei livelli di grigio. Inoltre la risoluzione laterale del sistema (N) è comunque un valore finito, e quindi un certo numero di elementi consecutivi in ciascuna mappa codifica la stessa direzione di proiezione: nel seguito si indica con KJJ, tale numero, riferito alla direzione di proiezione LP. L'osservazione delle mappe BPS_R e PBS_0 ha evidenziato come il valore dipenda anche dal valore di soglia impostato nella fase di binarizzazione: l'incertezza introdotta fa sì che esso possa variare nelle due mappe, in corrispondenza di una stessa codifica. Il fatto che il confronto fra le mappe venga effettuato mediante una semplice sottrazione rende impossibile evidenziare eventuali errori di codifica legati a questa incertezza, e determina una ulteriore componente di inaccuratezza di misura. Tale effetto è ben osservabile nell'andamento a dente di sega della quota di figura 12b. Esso cresce all'aumentare del valore e quindi, a parità di risoluzione laterale (N), al crescere dell'area illuminata (FW). The displacement of the encodings that characterize the BPS_0 map with respect to the BPS_R map does not depend only on the deformation induced by the shape of the object, but is affected by an uncertainty typical of the binarization phase of the gray levels. Furthermore, the lateral resolution of the system (N) is in any case a finite value, and therefore a certain number of consecutive elements in each map encodes the same projection direction: in the following we indicate with KJJ, this number, referring to the projection direction LP. The observation of the BPS_R and PBS_0 maps showed that the value also depends on the threshold value set in the binarization phase: the introduced uncertainty means that it can vary in the two maps, in correspondence with the same encoding. The fact that the comparison between the maps is carried out by means of a simple subtraction makes it impossible to highlight any coding errors linked to this uncertainty, and determines a further component of measurement inaccuracy. This effect can be clearly observed in the sawtooth pattern of the elevation in figure 12b. It increases as the value increases and therefore, with the same lateral resolution (N), as the illuminated area (FW) increases.

Limiti dell'approccio PSM Limitations of the PSM approach

Necessità di dispositivo di proiezione adatto. Need for suitable projection device.

La sequenza di proiezione richiede l'utilizzo di pattern con frange a profilo sinusoidale, ovvero si ha la necessità di un dispositivo di proiezione sofisticato in grado di proiettare tali pattern. The projection sequence requires the use of patterns with sinusoidal profile fringes, that is, a sophisticated projection device is needed that is capable of projecting such patterns.

Questa limitazione è la stessa già descritta in relazione all'approccio GCM. This limitation is the same as already described in relation to the GCM approach.

Essa è una conseguenza diretta del fatto che nell'espressione (11) lo spostamento SR(x,y) viene valutato a partire dalla differenza Dc fra i valori delle mappe di fase: essa rappresenta tuttavia solo una stima dello spostamento cercato, e, a causa della proiezione al finito, tale stima è sempre più grossolana all'aumentare della coordinata x, quindi in corrispondenza a valori crescenti di FW. It is a direct consequence of the fact that in expression (11) the displacement SR (x, y) is evaluated starting from the difference Dc between the values of the phase maps: however, it represents only an estimate of the displacement sought, and, a due to the finite projection, this estimate is always coarser as the x coordinate increases, therefore in correspondence with increasing values of FW.

In figura 13 è mostrato un esempio di misura che mostra l'errore di deriva già evidenziato dal GCM. L'oggetto target è lo stesso di fig.l2.a: la quota effettiva dell'oggetto non è ovviamente rilevata dal PSM, a causa dell'ambiguità della fase. Figure 13 shows an example of measurement showing the drift error already highlighted by the GCM. The target object is the same as in fig.l2.a: the actual height of the object is obviously not detected by the PSM, due to the ambiguity of the phase.

Limiti dell'approccio SGM. Limitations of the WMS approach.

Questa limitazione è la stessa già descritta in relazione all'approccio GCM e PSM. Essa è una conseguenza diretta del fatto che nell'espressione (11) lo spostamento R viene valutato a partire dalla differenza fra i valori delle mappe di fase: essa rappresenta tuttavia solo una stima dello spostamento cercato, e, a causa della proiezione al finito, tale stima è sempre più grossolana all aumentare della coordinata x, quindi in corrispondenza a valori crescenti di FW. This limitation is the same as already described in relation to the GCM and PSM approach. It is a direct consequence of the fact that in expression (11) the displacement R is evaluated starting from the difference between the values of the phase maps: however, it represents only an estimate of the displacement sought, and, due to the finite projection, this estimate is always coarser as the x coordinate increases, therefore in correspondence with increasing values of FW.

Limiti dell'approccio combinato GCM-PSM. Limits of the combined GCM-PSM approach.

Questa limitazione è la stessa già descritta in relazione all'approccio GCM, PSM e SGM-PSM. Essa è una conseguenza diretta del fatto che nell'espressione (13) lo spostamento viene valutato a partire dalla differenza fra i valori delle mappe di light piane a valori reali: essa rappresenta tuttavia solo una stima dello spostamento cercato, e, a causa della proiezione al finito, tale stima è sempre più grossolana all'aumentare della coordinata x, quindi in corrispondenza a valori crescenti di FW. This limitation is the same as already described in relation to the GCM, PSM and SGM-PSM approach. It is a direct consequence of the fact that in expression (13) the displacement is evaluated starting from the difference between the values of the real-valued plane light maps: however, it represents only an estimate of the displacement sought, and, due to the projection at the finite, this estimate is always coarser as the x coordinate increases, therefore in correspondence with increasing values of FW.

In figura 14 è mostrato il risultato della misura effettuata sull'oggetto di fig.l2.a lungo una sezione dello stesso. L'errore di misura già osservato in relazione al GCM si presenta inalterato. Figure 14 shows the result of the measurement carried out on the object of Figure 12a along a section of the same. The measurement error already observed in relation to the GCM is unaffected.

Scopo della presente invenzione è quello di realizzare un procedimento per la misurazione di profili tridimensionali di oggetti vari che consenta di superare limiti e inconvenienti come sopra descritti dei procedimenti noti, in particolare di superare l'inconveniente del limite dell'ampiezza dell'area di misura per accuratezza e/o precisione. The purpose of the present invention is to provide a method for measuring three-dimensional profiles of various objects which allows to overcome the limits and drawbacks of known methods as described above, in particular to overcome the drawback of the limit of the width of the measurement area. for accuracy and / or precision.

Altro scopo dell'invenzione è quello di realizzare un procedimento per la misura di profili tridimensionali che utilizzi un unico dispositivo di proiezione per tutti gli approcci e che in particolare non richieda l'impiego di dispositivi particolarmente sofisticati per la proiezione di pattern con frange a profilo sinusoidale. Another purpose of the invention is to provide a method for measuring three-dimensional profiles that uses a single projection device for all approaches and that in particular does not require the use of particularly sophisticated devices for the projection of patterns with profile fringes. sinusoidal.

Questi ed altri scopi ancora e relativi vantaggi che risulteranno dalla descrizione che segue vengono raggiunti da un procedimento per la misura di profili tridimensionali mediante proiezione di luce strutturata con misura dello spostamento (SR(x,y)) che la direzione di proiezione (EpA) subisce ad opera dell'altezza dell'oggetto utilizzante la procedura basata sulla proiezione di Codice Gray (GCM), e/o la proiezione di singolo grating (SGM), e/o la procedura basata su Phase Shift (PSM), e/o la procedura combinata (GCM-PSM), il quale procedimento, secondo la presente invenzione, comprende le fasi: These and other objects and related advantages that will result from the following description are achieved by a method for measuring three-dimensional profiles by means of structured light projection with measurement of the displacement (SR (x, y)) and the direction of projection (EpA) undergoes due to the height of the object using the procedure based on the Gray Code projection (GCM), and / or the single grating projection (SGM), and / or the procedure based on Phase Shift (PSM), and / or the combined procedure (GCM-PSM), which process, according to the present invention, comprises the steps:

- di ottenere una mappa di riferimento REF ed una mappa dell'oggetto OBJ e di determinare lo spostamento che subiscono le codifiche fra mappa REF e mappa OBJ, e/o - di rendere sinusoidale il profilo delle frange a valle della proiezione mediante opportuno filtraggio passa basso, e/o - to obtain a REF reference map and an OBJ object map and to determine the displacement that the encodings undergo between the REF map and the OBJ map, and / or - to make the profile of the fringes downstream of the projection sinusoidal by means of appropriate pass filtering low, and / or

- di introdurre una procedura automatica di taratura che, a partire da un modello evoluto della geometria ottica del sistema, consente l'individuazione dei parametri incogniti di detto modello mediante un processo iterativo, e/o - to introduce an automatic calibration procedure which, starting from an advanced model of the optical geometry of the system, allows the identification of the unknown parameters of said model through an iterative process, and / or

- di introdurre una procedura automatica che consente di determinare l'assetto globale del sistema in base alla risoluzione di misura richiesta, e a caratteristiche quali forma, aspetto superficiale ed estensione dell'oggetto e di determinare inoltre la tecnica di misura più adatta per l'oggetto, e/o - to introduce an automatic procedure that allows you to determine the global set-up of the system based on the required measurement resolution, and on characteristics such as shape, surface appearance and extension of the object and also to determine the most suitable measurement technique for the object , and / or

- di integrare la procedura di misura basata su proiezione di Codice Gray (GCM) con la procedura di misura basata su proiezione di Singolo Grating (SGM). - to integrate the measurement procedure based on Gray Code projection (GCM) with the measurement procedure based on Single Grating projection (SGM).

Più particolarmente il procedimento secondo la presente invenzione, comprende le seguenti fasi: More particularly, the process according to the present invention comprises the following steps:

- proiezione della sequenza di proiezione GCM e/o SGM e/o PSM e/o GCM-PSM sul riferimento; - projection of the projection sequence GCM and / or SGM and / or PSM and / or GCM-PSM on the reference;

- ottenimento della mappa del riferimento REF ove REF coincide con BPS_R nella procedura GCM, con nella procedura PSM e/o SGM e con RVLP_R nella procedura GCM-PSM; - obtaining the REF reference map where REF coincides with BPS_R in the GCM procedure, with the PSM and / or SGM procedure and with RVLP_R in the GCM-PSM procedure;

- proiezione della sequenza di proiezione GCM e/o SGM e/o PSM e/o GCM-PSM sull'oggetto; - projection of the projection sequence GCM and / or SGM and / or PSM and / or GCM-PSM on the object;

- ottenimento della mappa dell'oggetto ove OBJ coincide con BPS_0 nella procedura GCM, con nella procedura PSM e/o SGM e con nella procedura GCM-PSM; - obtaining the map of the object where OBJ coincides with BPS_0 in the GCM procedure, with the PSM and / or SGM procedure and with the GCM-PSM procedure;

- confronto iterativo fra le parti intere degli elementi delle mappe REF e OBJ e determinazione della parte intera dello spostamento Sp(j,k) secondo la formula: - iterative comparison between the integer parts of the REF and OBJ map elements and determination of the integer part of the displacement Sp (j, k) according to the formula:

ove j* e j rappresentano gli indici che nella mappa OBJ e nella mappa REF rispettivamente contengono la stessa parte intera di codifica; where j * and j represent the indices which in the OBJ map and in the REF map respectively contain the same integer part of coding;

- determinazione della parte frazionaria - determination of the fractional part

- trasformazione di in quote mediante la nota relazione (1). - transformation of into shares by means of the well-known relationship (1).

Vengono così rimosse le limitazioni relative all'ampiezza dell'area di misura delle procedure GCM e/o PSM e/o SGM e/o GCM-PSM: infatti la relazione (14) non introduce nessuna stima dello spostamento bensì effettua solo una trasformazione di coordinate, poiché lo spostamento Sp(j,k) risulta dalla ricerca iterativa di ciascuna codifica e tiene conto della consecutività delle codifiche stesse. The limitations relating to the size of the measurement area of the GCM and / or PSM and / or SGM and / or GCM-PSM procedures are thus removed: in fact the relation (14) does not introduce any estimate of the displacement but only carries out a transformation of coordinates, since the displacement Sp (j, k) results from the iterative search of each encoding and takes into account the consecutivity of the encodings themselves.

In figura 15 è presentato il risultato di misura in corrispondenza alla sezione dell'oggetto di fig.l2.a ottenuto applicando al metodo GCM il procedimento già descritto. Figure 15 shows the measurement result in correspondence with the section of the object of Fig.12.a obtained by applying the procedure already described to the GCM method.

Nella figura si è evidenziata la correzione confrontando la misura ottenuta con quella effettuata secondo il procedimento dell'arte nota. L'errore di misura è ora pari al 2.4% del valore di quota nominale. The figure shows the correction by comparing the measurement obtained with that carried out according to the procedure of the known art. The measurement error is now equal to 2.4% of the nominal quota value.

Si noti anche che il metodo introdotto porta a una marcata riduzione dell'andamento a dente di sega: essa è una diretta conseguenza del fatto che la procedura tiene conto della consecutività di codifiche (parametro Klp) . It should also be noted that the introduced method leads to a marked reduction in the sawtooth pattern: this is a direct consequence of the fact that the procedure takes into account the consecutive coding (parameter Klp).

In figura 16 è presentato il risultato di misura in corrispondenza alla sezione dell'oggetto di fig. 12.a ottenuto applicando al metodo GCM-PSM il procedimento già descritto. Figure 16 shows the measurement result corresponding to the section of the object in fig. 12.a obtained by applying the procedure already described to the GCM-PSM method.

Nella figura si è evidenziata la correzione confrontando la misura ottenuta con quella effettuata secondo il procedimento dell'arte nota. L'errore di misura è ora pari al 1.63% del valore di quota nominale. The figure shows the correction by comparing the measurement obtained with that carried out according to the procedure of the known art. The measurement error is now equal to 1.63% of the nominal share value.

La validità del procedimento introdotto è verificata anche quando la procedura di misura sia basata su PSM. La fig.17 mostra un esempio. In fig. 17.a è mostrato un oggetto sul quale è stata effettuata la misura. La fig.l7.b mostra lungo una sezione dell'oggetto il profilo ottenuto secondo l'arte nota (linea tratteggiata), e quello ottenuto mediante il procedimento introdotto (linea continua). Gli errori di misura in corrispondenza alla quota massima dell'oggetto ottenuti mediante il procedimento dell'arte nota e il procedimento innovativo introdotto sono rispettivamente pari a 4.9% e 0.16% del valore di quota nominale. La necessità della correzione è tanto più evidente quanto più esteso è l'intervallo di misura lungo la coordinata z. Questo fatto è reso evidente dal grafico di fig.17.c, che mostra la differenza fra il profilo calcolato secondo il procedimento innovativo e quello ottenuto mediante il procedimento dell'arte nota. The validity of the procedure introduced is also verified when the measurement procedure is based on PSM. Fig. 17 shows an example. In fig. 17.a shows an object on which the measurement has been made. Fig.17.b shows along a section of the object the profile obtained according to the known art (dashed line), and that obtained by means of the procedure introduced (solid line). The measurement errors in correspondence to the maximum height of the object obtained by means of the procedure of the known art and the innovative procedure introduced are respectively equal to 4.9% and 0.16% of the nominal share value. The need for correction is all the more evident the larger the measurement interval along the z coordinate. This fact is made clear by the graph of fig.17.c, which shows the difference between the profile calculated according to the innovative method and that obtained by the method of the known art.

Sempre secondo il presente trovato, il procedimento comprendente detta fase di rendere sinusoidale il profilo di dette frange a valle della proiezione comprende le seguenti fasi: Still according to the present invention, the process comprising said step of making the profile of said fringes sinusoidal downstream of the projection comprises the following steps:

- proiezione di detta sequenza PSM con pattern ad onda quadra sul riferimento; - projection of said PSM sequence with square wave pattern on the reference;

- determinazione del periodo T medio delle frange mediante analisi di una riga di uno qualunque fra i pattern di intensità acquisiti, mediante la relazione 18 ove max e min sono rispettivamente il numero di massimi e minimi della riga analizzata, determinati mediante un algoritmo di rilevazione di picchi positivi e negativi; - Determinazione della frequenza di taglio del filtro passa basso mediante la relazione; - determination of the average period T of the fringes by analyzing a row of any of the intensity patterns acquired, by means of the relation 18 where max and min are respectively the number of maxima and minima of the analyzed row, determined by a detection algorithm of positive and negative peaks; - Determination of the cut-off frequency of the low pass filter by means of the relation;

applicazione del filtro ai termini applying the filter to the terms

e calcolo del loro rapporto; and calculation of their ratio;

- determinazione della mappa di fase mediante la nota relazione (8); - determination of the phase map by means of the known relation (8);

- proiezione della sequenza PSM con pattern ad onda quadra sull'oggetto; - projection of the PSM sequence with square wave pattern on the object;

applicazione del filtro ai termini applying the filter to the terms

<e >calcolo del loro rapporto; <and> calculation of their ratio;

- determinazione della mappa di fase mediante la nota relazione (9); - determination of the phase map by means of the known relation (9);

- determinazione dello spostamento mediante la nota relazione (11) oppure secondo la relazione (14); - determinazione delle quote mediante la nota relazione (1)· - determination of the displacement by means of the known relation (11) or according to the relation (14); - determination of the shares by means of the well-known report (1) ·

Secondo il procedimento si applica una operazione di filtraggio passa basso alle componenti al numeratore e al denominatore di ciascuna delle seguenti espressioni: According to the procedure, a low-pass filtering operation is applied to the numerator and denominator components of each of the following expressions:

Nelle relazioni (15) e (16) si indicano con In relations (15) and (16) they are indicated with

e i campi di intensità acquisiti dalla telecamera rispettivamente in assenza e in presenza dell'oggetto, in corrispondenza di ciascuna traslazione , e si è evidenziata la presenza di infinite componenti spettrali, legate al profilo ad onda rettangolare. L'operazione di differenza che determina i singoli termini and the intensity fields acquired by the camera respectively in the absence and in the presence of the object, in correspondence with each translation, and the presence of infinite spectral components, linked to the rectangular wave profile, has been highlighted. The difference operation that determines the individual terms

fa sì che in essi si siano azzerate le componenti in frequenza di ordine pari, mentre siano presenti tutte le componenti di ordine dispari. L'operazione di filtraggio ha pertanto lo scopo di eliminare tutte le componenti di ordine dispari ad eccezione di quella alla frequenza fondamentale, situazione questa equivalente a quella che si avrebbe se le frange proiettate fossero sinusoidali. causes the even-order frequency components to be zeroed in them, while all the odd-order components are present. The filtering operation therefore has the purpose of eliminating all the odd-order components with the exception of the one at the fundamental frequency, a situation equivalent to that which would occur if the projected fringes were sinusoidal.

Il processo utilizza un filtro passa basso di quarto ordine del tipo IIR, con tecnica di azzeramento del contributo di fase, con frequenza di taglio adattiva. L'adattività consiste nella capacità del filtro di calcolare il periodo medio T delle frange proiettate e di calcolare la frequenza di taglio mediante la relazione (17). The process uses a fourth-order type IIR low pass filter, with phase contribution zeroing technique, with adaptive cutoff frequency. Adaptivity consists in the ability of the filter to calculate the mean period T of the projected fringes and to calculate the cutoff frequency by means of the relation (17).

Secondo il procedimento oggetto del trovato non è più necessario un dispositivo di proiezione sofisticato, ma è addirittura possibile utilizzare lo stesso dispositivo di proiezione che in genere si utilizza per la proiezione GCM, SGM, GCM-PSM, ovvero di proiettare solo pattern ad onda quadra. According to the method according to the invention, a sophisticated projection device is no longer necessary, but it is even possible to use the same projection device that is generally used for projection GCM, SGM, GCM-PSM, or to project only square wave patterns .

La figura 18.a mostra la ricostruzione 3D del profilo di un oggetto effettuata mediante il metodo GCM-PSM nel quale la procedura di filtraggio non sia stata introdotta. Esso va confrontato con la misura ottenuta mediante il procedimento innovativo di filtraggio del pattern ad onda quadra, presentato in fig.18.b. Nel caso di fig.lS.a, si è valutata una precisione pari a 150 micron, mentre in fig. 18.b, la precisione è pari a 40 micron. Figure 18.a shows the 3D reconstruction of the profile of an object carried out by means of the GCM-PSM method in which the filtering procedure has not been introduced. It should be compared with the measurement obtained by means of the innovative method of filtering the square wave pattern, presented in fig. 18.b. In the case of fig.lS.a, a precision of 150 microns was evaluated, while in fig. 18.b, the accuracy is 40 microns.

Ancora secondo il presente trovato, il procedimento comprendente la fase di introdurre detta procedura automatica di taratura, comprende le seguenti fasi: - proiezione della sequenza GCM e/o SGM e/o PSM e/o GCM-PSM sul riferimento e sull'oggetto; Still according to the present invention, the method comprising the step of introducing said automatic calibration procedure comprises the following steps: - projection of the sequence GCM and / or SGM and / or PSM and / or GCM-PSM on the reference and on the object;

- determinazione dei light planes del riferimento e dell'oggetto; - determination of the light planes of the reference and of the object;

- impostazione della tolleranza; - setting the tolerance;

calcolo dei valori iniziali dell'angolo α formato dal piano di proiezione interno al proiettore con il piano di riferimento e dell'angolo fra il primo raggio individuato dalla telecamera e la perpendicolare al piano di riferimento secondo le formule calculation of the initial values of the angle α formed by the projection plane inside the projector with the reference plane and of the angle between the first ray identified by the camera and the perpendicular to the reference plane according to the formulas

- ricostruzione del profilo dell'oggetto utilizzando i parametri geometrici stimati; - reconstruction of the object profile using the estimated geometric parameters;

- determinazione dei pixel interessati dalla presenza dell'oggetto; - determination of the pixels affected by the presence of the object;

- calcolo della regressione lineare sulle quote ottenute; - calculation of the linear regression on the obtained odds;

applicazione della regressione lineare sul nuovo profilo dell'oggetto; se il coefficiente angolare ottenuto non è minore in modulo di quello al passo precedente la direzione di variazione su a è sbagliata: il segno del peso pαi deve essere cambiato; application of linear regression on the new object profile; if the obtained angular coefficient is not lower in modulus than that in the previous step, the direction of variation on a is wrong: the sign of the weight pαi must be changed;

- ripristino delle condizioni iniziali ed esecuzione dello stesso tentativo . Se necessario si cambia il peso - restoration of the initial conditions and execution of the same attempt. If necessary, the weight is changed

- ciclo di ottimizzazione: - optimization cycle:

finché non è minore della tolleranza prescritta si until it is less than the prescribed tolerance yes

nuovo calcolo della regressione lineare per ottenere mi+1 e controllo sulla convergenza dell'algoritmo; se vi è divergenza si ripristinano i valori al passo precedente e si decrementano i pesi. new calculation of the linear regression to obtain mi + 1 and check on the convergence of the algorithm; if there is a divergence, the values in the previous step are restored and the weights are decreased.

Questo approccio consente che le mappe di fase This approach allows for phase maps

dell'espressione (11) e le mappe di valori reali nell'espressione (13) vengano trasformate in mappe di ascisse, secondo il modello della geometria ottica presentato in Fig.8 mediante le seguenti formule: of expression (11) and the maps of real values in expression (13) are transformed into abscissa maps, according to the optical geometry model presented in Fig. 8 by means of the following formulas:

dove indicano le codifiche dei light piane, e quindi corrispondono ai termini BPS_R where they indicate the coding of the light planes, and therefore correspond to the terms BPS_R

e/o agli elementi delle matrici and / or the elements of the matrices

(j,k) dette trasformazioni (19) e (20) essendo applicate a valle della determinazione delle mappe contenenti le codifiche dei piani di luce. Lo schema di elaborazione complessivo è mostrato in Fig.9. (j, k) said transformations (19) and (20) being applied downstream of the determination of the maps containing the codes of the light planes. The overall processing scheme is shown in Fig. 9.

Il procedimento secondo l'invenzione consente di migliorare l'accuratezza nella determinazione della quota perchè il computo dello spostamento viene effettuato mediante la relazione: The method according to the invention allows to improve the accuracy in determining the height because the calculation of the displacement is carried out by means of the relation:

che rappresenta una semplice differenza di ascisse. L'utilizzo delle relazioni (19) e (20) è possibile quando sono noti i due nuovi angoli, denominati rispettivamente α eδ. Essi sono mostrati in Fig.8 e rappresentano rispettivamente l'angolo formato dal piano di proiezione interno al proiettore con il piano di riferimento e l'angolo fra il primo raggio individuato dalla telecamera e la perpendicolare EpR al piano di riferimento. Essi sono incogniti e devono essere determinati mediante un'opportuna procedura di taratura. Il procedimento secondo il trovato si basa su una procedura iterativa che determina automaticamente gli angoli a e δ , che descrivono la curva di taratura del modello avanzato del sensore per misure tridimensionali. Esso si basa sulla minimizzazione di un opportuno fattore di merito che nel caso in esame deve essere correlato con la deriva in quota; tale parametro viene nel seguito indicato con m ed è il coefficiente angolare della regressione lineare operata sulle quote calcolate sui dati acquisiti dell'oggetto di taratura. Nel momento in cui viene eseguita la taratura del profilometro la geometria del sistema è nota solo in maniera imprecisa. Infatti i valori delle distanze su a e δ dalle quali l'algoritmo parte per individuare i valori angolari corretti sono: which represents a simple abscissa difference. The use of relations (19) and (20) is possible when the two new angles, respectively named α and δ, are known. They are shown in Fig.8 and respectively represent the angle formed by the projection plane inside the projector with the reference plane and the angle between the first ray identified by the camera and the perpendicular EpR to the reference plane. They are unknown and must be determined by an appropriate calibration procedure. The method according to the invention is based on an iterative procedure which automatically determines the angles a and δ, which describe the calibration curve of the advanced model of the sensor for three-dimensional measurements. It is based on the minimization of an appropriate factor of merit which in the case in question must be correlated with the drift at altitude; this parameter is indicated in the following with m and is the angular coefficient of the linear regression performed on the quotas calculated on the acquired data of the calibration object. When the profilometer calibration is performed, the geometry of the system is known only in an imprecise manner. In fact, the values of the distances on a and δ from which the algorithm starts to identify the correct angular values are:

Il fatto che il pannello di proiezione sia alloggiato all'interno del proiettore non permette di individuare quale posizione relativa assuma il piano dell'LCD rispetto al piano di riferimento; si stabilisce per semplicità che esso sia perpendicolare all'asse ottico commettendo così un errore che al massimo raggiunge i 15° per eccesso o per difetto. La condizione iniziale su a viene determinata ragionando sul triangolo di Figura io. The fact that the projection panel is housed inside the projector does not allow to identify which relative position the LCD plane assumes with respect to the reference plane; for simplicity it is established that it is perpendicular to the optical axis thus committing an error that reaches 15 ° up or down at most. The initial condition on a is determined by reasoning on the triangle of Figure I.

L'angoloδ è di più facile individuazione e la sua stima iniziale viene fatta sul triangolo i cui lati sono noti. In questo caso l'errore che si commette è legato solo all'incertezza riguardante L e d. Da questo punto di partenza la procedura evolve sfruttando l'informazione riguardante il coefficiente angolare m per modificare opportunamente i valori di a e δ . Naturalmente le iterazioni sono tali da portare a valori di m sempre più vicini a zero, in quanto l'oggetto di taratura è un piano. The angle δ is easier to identify and its initial estimate is made on the triangle whose sides are known. In this case the error that is committed is linked only to the uncertainty regarding L and d. From this starting point the procedure evolves by exploiting the information regarding the angular coefficient m to appropriately modify the values of a and δ. Naturally, the iterations are such as to bring values of m closer and closer to zero, since the calibration object is a plane.

Le formule iterative seguono lo schema secondo le equazioni (24) e (25). The iterative formulas follow the pattern according to equations (24) and (25).

Gli angoli a e δ al passo i+1 sono calcolati a partire dai valori attuali attraverso una loro moltiplicazione per un fattore che pesa il coeffid ente angolare calcolato al passo i tramite un peso p che viene determinato sperimentalmente. Ad ogni ciclo, utilizzando i nuovi parametri, viene ricalcolato il profilo dell'oggetto ed il corrispondente coefficiente m. The angles a and δ at step i + 1 are calculated starting from the current values by multiplying them by a factor that weighs the angular coefficient calculated at step i by means of a weight p which is experimentally determined. At each cycle, using the new parameters, the object profile and the corresponding coefficient m are recalculated.

Il significato di dette formule (24) e (25) è immediato: maggiore è il valore del coefficiente angolare più energico è l'intervento sugli angoli; se invece il coefficiente angolare è più piccolo si avranno solo piccole variazioni sui nuovi parametri calcolati, che sono già prossimi alla soluzione cercata. Il segno del prodotto determina se l'evoluzione di sarà crescente o decrescente. La direzione da seguire nell 'incrementare o diminuire i due parametri viene stabilita nella prima fase dell'esecuzione dell'algoritmo che è in grado di capire in modo semplice in che modo influenzino la variazione di pendenza. The meaning of said formulas (24) and (25) is immediate: the higher the value of the angular coefficient, the more energetic is the intervention on the angles; if instead the angular coefficient is smaller there will be only small variations on the new calculated parameters, which are already close to the solution sought. The sign of the product determines whether the evolution of will be increasing or decreasing. The direction to follow in increasing or decreasing the two parameters is established in the first phase of the algorithm execution which is able to understand in a simple way how they influence the slope variation.

Secondo il procedimento oggetto dell'invenzione, si ottiene un aumento dell'area di misura, perchè lo spostamento non viene più valutato a partire dalla distanza di codifiche ma calcolando una distanza fra ascisse, come espresso nella relazione (21) . According to the process object of the invention, an increase in the measurement area is obtained, because the displacement is no longer evaluated starting from the encoding distance but by calculating a distance between abscissas, as expressed in relation (21).

In figura 19 è presentato il risultato di misura in corrispondenza della sezione dell’oggetto di fig.l2.a ottenuto applicando il procedimento di taratura descritto al metodo GCM. Nella figura si è evidenziata la correzione confrontando la misura ottenuta (linea continua) con quella effettuata secondo il procedimento dell'arte nota (linea tratteggiata). L'errore di misura rispetto al valore di quota nominale è ora pari al 0.08% della quota massima dell'oggetto. Figure 19 shows the measurement result in correspondence with the section of the object in fig. 12.a obtained by applying the calibration procedure described to the GCM method. The figure shows the correction by comparing the measurement obtained (continuous line) with that carried out according to the procedure of the known art (dashed line). The measurement error with respect to the nominal quota value is now equal to 0.08% of the maximum quota of the object.

In figura 20 è presentato il risultato di misura in corrispondenza alla sezione dell'oggetto di fig. 12.a ottenuto applicando il procedimento di taratura descritto al metodo GCM-PSM. Nella figura si è evidenziata la correzione confrontando la misura ottenuta (linea continua) con quella effettuata secondo il procedimento dell'arte nota (linea tratteggiata). L’errore di deriva è ora pari allo 0.04% del valore di quota nominale, in figura 21 è presentato il risultato di misura in corrispondenza alla sezione dell'oggetto di fig.17.a ottenuto applicando il procedimento di taratura descritto al metodo PSM. Nella figura si è evidenziata la correzione confrontando la misura ottenuta (linea continua) con quella effettuata secondo il procedimento dell'arte nota (linea tratteggiata). L'errore di deriva è ora pari allo 0.2% del valore di quota nominale. Figure 20 shows the measurement result corresponding to the section of the object in fig. 12.a obtained by applying the calibration procedure described to the GCM-PSM method. The figure shows the correction by comparing the measurement obtained (continuous line) with that carried out according to the procedure of the known art (dashed line). The drift error is now equal to 0.04% of the nominal value, in figure 21 the measurement result is presented in correspondence with the section of the object in fig.17.a obtained by applying the calibration procedure described to the PSM method. The figure shows the correction by comparing the measurement obtained (continuous line) with that carried out according to the procedure of the known art (dashed line). The drift error is now equal to 0.2% of the nominal share value.

Il procedimento secondo il trovato comprendente inoltre una procedura automatica per determinare l'assetto globale del sistema e automatizzare la fase di Set-up di misura comprende le seguenti fasi: The method according to the invention further comprising an automatic procedure for determining the overall set-up of the system and automating the measurement set-up step comprises the following steps:

- Inserimento delle dimensioni spaziali dell'oggetto sotto misura: X, Y, Z; - Insertion of the spatial dimensions of the object under measurement: X, Y, Z;

- Inserimento della risoluzione in quota desiderata: <z>min' - Insertion of the resolution at the desired height: <z> min '

Inserimento delle caratteristiche topologiche dell'oggetto sotto misura; Insertion of the topological characteristics of the object under measure;

- Determinazione del campo inquadrato FW secondo la formula: - Determination of the FW field of view according to the formula:

ove è determinata sperimentalmente; where it is experimentally determined;

- Determinazione del valore di f# secondo la formula: - Determination of the value of f # according to the formula:

ove è determinata sperimentalmente; where it is experimentally determined;

- Determinazione della tecnica di misura in base alle informazioni topologiche della superficie dell'oggetto e alla risoluzione Zm^n desiderata; - Determination of the measurement technique based on the topological information of the surface of the object and the desired resolution Zm ^ n;

- Determinazione del valore di d secondo le formule: - Determination of the value of d according to the formulas:

ove p è il periodo del pattern a periodo minore utilizzato e è la minima fase rilevabile, che è una costante che dipende dal dispositivo di acquisizione; la espressione (30) si utilizza se la tecnica selezionata è il GCM, mentre la espressione (31) si utilizza negli altri casi; where p is the period of the shorter period pattern used and is the minimum detectable phase, which is a constant that depends on the acquisition device; expression (30) is used if the selected technique is GCM, while expression (31) is used in the other cases;

- presentazione dei parametri ottico-geometrici selezionati e della tecnica di misura da utilizzarsi . - presentation of the optical-geometric parameters selected and of the measurement technique to be used.

Il procedimento realizza una automatizzazione completa del setup di misura e solleva l'utente dal dover effettuare il dimensionamento di parametri critici per la misura stessa , ovvero: The procedure carries out a complete automation of the measurement setup and relieves the user from having to carry out the sizing of critical parameters for the measurement itself, namely:

- campo inquadrato (FW); - field of view (FW);

- posizione del proiettore rispetto alla telecamera (d); - position of the projector with respect to the camera (d);

- posizione del proiettore rispetto all'oggetto (L); - lunghezza focale (f); - position of the projector with respect to the object (L); - focal length (f);

- apertura del diaframma (f#) - aperture (f #)

nonché la scelta della procedura di misura tra le quattro possibili (GCM, PSM, SGM e GCM-PSM) che risulti la più opportuna dato il target di misura. La procedura consente di determinare automaticamente l'assetto globale del sistema in base ai requisiti di misura (risoluzione richiesta, forma caratteristiche superficiali ed estensione dell'oggetto). Tale procedura determina anche la tecnica di misura più adatta all'oggetto sotto misura. Si tratta sostanzialmente di un CAD ottico che segue il flusso mostrato in Fig. 11. as well as the choice of the measurement procedure among the four possible (GCM, PSM, SGM and GCM-PSM) which is the most appropriate given the measurement target. The procedure makes it possible to automatically determine the overall structure of the system based on the measurement requirements (resolution required, shape, surface characteristics and extension of the object). This procedure also determines the measurement technique best suited to the object being measured. It is basically an optical CAD that follows the flow shown in Fig. 11.

Il procedimento secondo il trovato comprendente detta integrazione della procedura GCM con detta procedura SGM, comprende le seguenti fasi: The method according to the invention comprising said integration of the GCM procedure with said SGM procedure, comprises the following steps:

- proiezione di (n-1) pattern del Codice Gray sul riferimento; - projection of (n-1) pattern of the Gray Code on the reference;

- determinazione della codifica incompleta - determination of incomplete coding

- proiezione dell'n-esimo pattern sul riferimento; - projection of the n-th pattern on the reference;

- determinazione della fase sul riferimento secondo il metodo SGM; - determination of the phase on the reference according to the SGM method;

- determinazione della mappa REF contenente i light piane a valori reali sul riferimento, detto - determination of the REF map containing the plane lights at real values on the reference, said

l'elemento di indici della mappa, esso viene espresso secondo la formula: the index element of the map, it is expressed according to the formula:

ove il termine rappresenta la correzione di fase necessaria per eliminare l'incompletezza del GCM; - proiezione di pattern del GCM sull'oggetto; - determinazione della codifica incompleta where the term represents the phase correction necessary to eliminate the incompleteness of the GCM; - projection of GCM pattern on the object; - determination of incomplete coding

- proiezione dell'n-esimo pattern sull'oggetto; - projection of the n-th pattern on the object;

- determinazione della fase sull'oggetto secondo il metodo SGM; - determination of the phase on the object according to the SGM method;

- determinazione della mappa OBJ contenente i light piane a valori reali sull'oggetto, detto l - determination of the OBJ map containing the plane lights with real values on the object, called l

l'elemento di indici (j,k) della matrice, esso viene espresso secondo la formula: the element of indices (j, k) of the matrix, it is expressed according to the formula:

ove il termine rappresenta la correzione di fase necessaria per eliminare l'incompletezza del GCM; - trasformazione della mappa REF e OBJ mediante le trasformazioni (19) e (20) where the term represents the phase correction necessary to eliminate the incompleteness of the GCM; - transformation of the REF and OBJ map by means of the transformations (19) and (20)

- determinazione dello spostamento mediante la formula 21 - determination of the displacement by means of formula 21

- determinazione della quota per triangolazione mediante la espressione (1). - determination of the quota by triangulation by means of the expression (1).

Mediante questa procedura di misura, il procedimento secondo il trovato consente di ricostruire il profilo di oggetti che presentano sia brusche discontinuità (salti di quota o pendenze ripide) che piccoli particolari (rilievi o scanalature), utilizzando soltanto n pattern contro gli (n+np-l) pattern necessari nella procedura GCM-PSM secondo l'arte nota. La procedura di misura basata su proiezione di Codice Gray (GCM) è integrata con la procedura basata su proiezione Singolo Grating (SGM), in modo da ottenere le mappe REF(jk) e OBJ(j,k) di light piane a valori reali. Ciascun elemento l(j,k) ha la espressione seguente: By means of this measurement procedure, the method according to the invention allows to reconstruct the profile of objects which have both abrupt discontinuities (jumps in height or steep slopes) and small details (reliefs or grooves), using only n patterns against the (n + np -l) patterns necessary in the GCM-PSM procedure according to the known art. The measurement procedure based on Gray Code projection (GCM) is integrated with the procedure based on Single Grating projection (SGM), in order to obtain the REF (jk) and OBJ (j, k) maps of real-value planes . Each element l (j, k) has the following expression:

Il termine rappresenta la codifica proveniente dal GCM, il termine di fase proviene dall'SGM, e il termine rappresenta la correzione di fase necessaria per eliminare l'incompletezza del GCM. The term represents the coding from the GCM, the phase term comes from the SGM, and the term represents the phase correction needed to eliminate the incompleteness of the GCM.

Questo procedimento consente di decomporre i singoli raggi uscenti dal dispositivo di proiezione in modo ulteriore rispetto a quanto avviene nel GCM e allo stesso tempo di identificarli in maniera univoca in tutto l'intervallo di misura, pari alla lunghezza di campo inquadrato FW. This procedure allows to decompose the single rays coming out of the projection device in an additional way with respect to what happens in the GCM and at the same time to identify them in a univocal way in the whole measurement interval, equal to the framed field length FW.

Si sfrutta poi la procedura di taratura per determinare gli angoli a e δ , e quindi si traformano le codifiche di light piane in ascisse mediante le trasformazioni (19) e (20). The calibration procedure is then exploited to determine the angles a and δ, and then the codes of plane lights are transformed into abscissas by means of the transformations (19) and (20).

L'utilizzo della formula (21) per determinare lo spostamento SR(x,y) consente ·di evitare l'insorgere dell'errore di deriva nella valutazione della quota z(x,y) . The use of formula (21) to determine the displacement SR (x, y) allows · to avoid the occurrence of the drift error in the evaluation of the z (x, y) quote.

L'invenzione è illustrata con riferimento alle allegate tavole di disegno, date a titolo illustrativo e non limitativo del trovato stesso, nelle quali: The invention is illustrated with reference to the attached drawing tables, given for illustrative and non-limiting purposes of the invention itself, in which:

la Figura 1 mostra in generale il layout e la geometria ottica del sistema; Figure 1 shows in general the layout and the optical geometry of the system;

la Figura 2 evidenzia la individuazione dei piani di luce ottenuta mediante GCM; Figure 2 shows the identification of the light planes obtained by GCM;

la Figura 3 mostra un esempio di proiezione di 4 pattern della sequenza del GCM sul piano di riferimento (i) e in presenza dell'oggetto (ii); Figure 3 shows an example of projection of 4 patterns of the GCM sequence on the reference plane (i) and in the presence of the object (ii);

la Figura 4 mostra l'attribuzione della relazione di fase alle direzioni di proiezione stabilita applicando i metodi del PSM o del SGM: uno stesso numero Θ viene attribuito a più raggi; Figure 4 shows the attribution of the phase relation to the projection directions established by applying the methods of the PSM or the SGM: the same number Θ is attributed to several rays;

la Figura 5 mostra schematicamente il diagramma dell'approccio SGM; Figure 5 schematically shows the diagram of the WMS approach;

la Figura 6 mostra un esempio della sequenza di proiezione nella procedura combinata GCM-PSM nel caso in cui n sia uguale a 4; Figure 6 shows an example of the projection sequence in the combined GCM-PSM procedure in the case where n is equal to 4;

la Figura 7 evidenzia la individuazione dei light piane a valore reale ottenuta attraverso la combinazione di GCM e PSM; Figure 7 highlights the identification of real-value flat lights obtained through the combination of GCM and PSM;

la Figura 8 mostra un modello avanzato della geometria ottica; Figure 8 shows an advanced model of the optical geometry;

la Figura 9 mostra la rappresentazione del flusso dell'elaborazione dei dati dopo che è stato introdotto il nuovo modello proiettivo; Figure 9 shows the representation of the flow of data processing after the new projective model has been introduced;

la Figura 10 mostra la geometria che permette di impostare le condizioni iniziali sugli angoli a eδ; Figure 10 shows the geometry that allows to set the initial conditions on the angles a eδ;

la Figura 11 mostra il flusso della procedura automatica di CAD ottico; Figure 11 shows the flow of the automatic optical CAD procedure;

le Figure 12.a e 12.b mostrano rispettivamente un oggetto di misura e l'altezza dell'oggetto lungo una sezione longitudinale ottenuta mediante il procedimento secondo 1'arte nota; Figures 12a and 12b respectively show a measuring object and the height of the object along a longitudinal section obtained by the method according to the known art;

la Figura 13 mostra un esempio di manifestazione dell'errore di deriva in quota nell'applicazione del PSM; Figure 13 shows an example of manifestation of the drift error at altitude in the application of the PSM;

la Figura 14 mostra un esempio di manifestazione dell'errore di deriva in quota nell’applicazione del GCM-PSM; Figure 14 shows an example of manifestation of the drift error at altitude in the application of the GCM-PSM;

la Figura 15 mostra la correzione dell'errore di deriva nel metodo GCM mediante procedura per ricerca; Figure 15 shows the correction of the drift error in the GCM method by means of a search procedure;

la Figura 16 mostra la correzione dell'errore di deriva nel metodo GCM-PSM mediante procedura per ricerca; le Figure 17 a, b e c mostrano la correzione dell'errore di deriva nel metodo PSM mediante procedura per ricerca; Figure 16 shows the correction of the drift error in the GCM-PSM method by means of a search procedure; Figures 17 a, b and c show the correction of the drift error in the PSM method by search procedure;

la Figura 18.a mostra l'effetto delle procedure di filtraggio nel metodo PSM con misura eseguita senza filtraggio; Figure 18.a shows the effect of the filtering procedures in the PSM method with measurement performed without filtering;

la Figura 18.b mostra l'effetto della procedura di filtraggio nel metodo PSM con misura eseguita con filtraggio; Figure 18.b shows the effect of the filtering procedure in the PSM method with measurement performed with filtering;

la Figura 19 mostra la correzione dell'errore di deriva nel metodo GCM mediante procedura di taratura in a e δ ; la Figura 20 mostra la correzione dell'errore di deriva nel metodo GCM-PSM mediante procedura di taratura in a e δ; Figure 19 shows the correction of the drift error in the GCM method by means of a calibration procedure in a and δ; Figure 20 shows the correction of the drift error in the GCM-PSM method by means of a calibration procedure in a and δ;

la Figura 21 mostra la correzione dell'errore di deriva nel metodo PSM mediante procedura di taratura in a e V; Figure 21 shows the correction of the drift error in the PSM method by means of a calibration procedure in a and V;

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per la misura di profili tridimensionali mediante proiezione di luce strutturata con misura dello spostamento (SR(x,y)) che la direzione di proiezione (EpA) subisce ad opera dell'altezza (ZH(x,y)) dell'oggetto, utilizzante la procedura basata sulla proiezione di Codice Gray (GCM), e/o la proiezione di singolo grating (SGM), e/o la procedura basata su Phase Shift (PSM), e/o la procedura combinata (GCM-PSM), caratterizzato dal fatto che comprende le seguenti fasi: - di ottenere una mappa di riferimento REF ed una mappa dell'oggetto OBJ e di determinare lo spostamento che subiscono le codifiche fra mappa REF e mappa OBJ, e/o - di rendere sinusoidale il profilo delle frange a valle della proiezione mediante opportuno filtraggio passa basso, e/o - di introdurre una procedura automatica di taratura che, a partire da un modello evoluto della geometria ottica del sistema, consente l'individuazione dei parametri incogniti di detto modello mediante un processo iterativo, e/o - di introdurre una procedura automatica che consente di determinare l'assetto globale del sistema in base alla riduzione di misura richiesta, e a caratteristiche quali forma, aspetto superficiale ed estensione dell'oggetto e di determinare inoltre la tecnica di misura più adatta per l'oggetto, e/o - di integrare la procedura di misura basata su proiezione di Codice Gray (GCM) con la procedura di misura basata su proiezione di Singolo Grating (SGM). CLAIMS 1. Procedure for measuring three-dimensional profiles by means of structured light projection with measurement of the displacement (SR (x, y)) that the projection direction (EpA) undergoes due to the height (ZH (x, y)) of the object, using the procedure based on Gray Code projection (GCM), and / or single grating projection (SGM), and / or the procedure based on Phase Shift (PSM), and / or the combined procedure (GCM-PSM ), characterized in that it includes the following stages: - to obtain a REF reference map and an OBJ object map and to determine the displacement that the encodings undergo between the REF map and the OBJ map, and / or - to make the profile of the fringes downstream of the projection sinusoidal by means of appropriate pass filtering low, and / or - to introduce an automatic calibration procedure which, starting from an advanced model of the optical geometry of the system, allows the identification of the unknown parameters of said model through an iterative process, and / or - to introduce an automatic procedure that allows you to determine the global set-up of the system based on the size reduction required, and on characteristics such as shape, surface appearance and extension of the object and also to determine the most suitable measurement technique for the object , and / or - to integrate the measurement procedure based on Gray Code projection (GCM) with the measurement procedure based on Single Grating projection (SGM).

2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che comprende le seguenti fasi: - proiezione della sequenza di proiezione GCM e/o SGM e/o PSM e/o GCM-PSM sul riferimento; - ottenimento della mappa del riferimento REF ove REF coincide con BPS-R nella procedura GCM, con nella procedura PSM e/o SGM e con RVLP R nella procedura GCM-PSM; - proiezione della sequenza di proiezione GCM e/o SGM e/o PSM e/o GCM-PSM sull'oggetto; - ottenimento della mappa dell'oggetto OBJ ove OBJ coincide con BPS_0 nella procedura GCM, con nella procedura PSM e/o SGM e con RVLP_0 nella procedura GCM-PSM; - confronto iterativo fra le parti intere degli elementi delle mappe REF e OBJ e determinazione della parte intera Sp int(j,k) dello spostamento Sp(j,k) secondo la formula: 2. Process according to claim 1, characterized in that it comprises the following steps: - projection of the projection sequence GCM and / or SGM and / or PSM and / or GCM-PSM on the reference; - obtaining the REF reference map where REF coincides with BPS-R in the GCM procedure, with the PSM and / or SGM procedure and with RVLP R in the GCM-PSM procedure; - projection of the projection sequence GCM and / or SGM and / or PSM and / or GCM-PSM on the object; - obtaining the OBJ object map where OBJ coincides with BPS_0 in the GCM procedure, with the PSM and / or SGM procedure and with RVLP_0 in the GCM-PSM procedure; - iterative comparison between the integer parts of the REF and OBJ map elements and determination of the integer part Sp int (j, k) of the displacement Sp (j, k) according to the formula:

ove j* e j rappresentano gli indici che nella mappa OBJ e nella mappa REF rispettivamente contengono la stessa parte intera di codifica; - determinazione della parte frazionaria where j * and j represent the indices which in the OBJ map and in the REF map respectively contain the same integer part of coding; - determination of the fractional part

dello spostamento secondo la formula: of the displacement according to the formula:

- determinazione dello spostamento secondo la formula: - determination of the displacement according to the formula:

3. Procedimento secondo la rivendicazione 1, comprendente detta fase di rendere sinusoidale il profilo di dette frange a valle della proiezione caratterizzato dal fatto che comprende le seguenti fasi: - proiezione di detta sequenza PSM con pattern ad onda quadra sul riferimento; - determinazione del periodo T medio delle frange mediante analisi di una riga di uno qualunque fra i pattern di intensità acquisiti, mediante la relazione 3. Process according to claim 1, comprising said step of making the profile of said fringes sinusoidal downstream of the projection characterized in that it comprises the following steps: - projection of said PSM sequence with square wave pattern on the reference; - determination of the average period T of the fringes by analyzing a row of any of the acquired intensity patterns, by means of the relation

ove max e min sono rispettivamente il numero di massimi e minimi della riga analizzata, determinati mediante un algoritmo di rilevazione di picchi positivi e negativi; - Determinazione della frequenza di taglio del filtro passa basso mediante la relazione; where max and min are respectively the number of maxima and minima of the analyzed line, determined by means of an algorithm for detecting positive and negative peaks; - Determination of the cut-off frequency of the low pass filter by means of the relation;

applicazione del filtro ai termini applying the filter to the terms

e calcolo del loro rapporto; - determinazione della mappa di fase mediante la nota relazione (8); - proiezione della sequenza PSM con pattern ad onda quadra sull oggetto; applicazione del filtro ai termini and calculation of their ratio; - determination of the phase map by means of the known relation (8); - projection of the PSM sequence with square wave pattern on the object; applying the filter to the terms

- determinazione della mappa di fase mediante la nota relazione (9); - determinazione dello spostamento mediante la nota relazione (11); oppure secondo la relazione (14); - determinazione delle quote mediante la nota relazione dì · - determination of the phase map by means of the known relation (9); - determination of the displacement by means of the well-known relation (11); or according to relation (14); - determination of the shares by means of the well-known report of

4. Procedimento secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che utilizza un filtro passa basso di quarto ordine di tipo IIR, con tecnica di azzeramento del contributo di fase, con frequenza di taglio adattava. 4. Process according to claim 3, characterized in that it uses a fourth-order low-pass filter of type IIR, with phase contribution zeroing technique, with suitable cut-off frequency.

5. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che comprende le seguenti fasi: - proiezione della sequenza GCM e/o PSM e/o SGM e/o GCM-PSM sul piano di riferimento e sull'oggetto e determinazione dei light planes del riferimento e dell 'oggetto; - impostazione della tolleranza; - calcolo dei valori iniziali α e rispettivamente dell'angolo a formato dal piano di proiezione interno al proiettore con il piano di riferimento e dell'angolo δ fra il primo raggio individuato dalla telecamera e la perpendicolare al piano di riferimento secondo le formule 5. Process according to claim 1, characterized in that it comprises the following steps: - projection of the GCM and / or PSM and / or SGM and / or GCM-PSM sequence on the reference plane and on the object and determination of the light planes of the reference and of the object; - setting the tolerance; - calculation of the initial values α and respectively of the angle a formed by the projection plane inside the projector with the reference plane and of the angle δ between the first ray identified by the camera and the perpendicular to the reference plane according to the formulas

- ricostruzione del profilo dell'oggetto utilizzando i parametri geometrici stimati; - determinazione dei pixel interessati dalla presenza dell'oggetto; - calcolo della regressione lineare sulle quote ottenute; - calcolo positivo e applicazione della regressione lineare sul nuovo profilo dell'oggetto; se il coefficiente angolare ottenuto non è minore in modulo di quello al passo precedente la direzione di variazione su a è sbagliata: il segno del peso pai deve essere cambiato; - ripristino delle condizioni iniziali ed esecuzione dello stesso tentativo per δ . Se necessario si cambia il peso ; - ciclo di ottimizzazione: finché mi non è minore della tolleranza prescritta si calcolano i nuovi valori di a e δ secondo le formule - reconstruction of the object profile using the estimated geometric parameters; - determination of the pixels affected by the presence of the object; - calculation of the linear regression on the obtained odds; - positive calculation and application of linear regression on the new object profile; if the obtained angular coefficient is not lower in modulus than that in the previous step, the direction of variation on a is wrong: the sign of the weight pai must be changed; - restoration of the initial conditions and execution of the same attempt for δ. If necessary, the weight is changed; - optimization cycle: as long as mi is not less than the prescribed tolerance, the new values of a and δ are calculated according to the formulas

nuovo calcolo della regressione lineare per ottenere mi+1 e controllo sulla convergenza dell’algoritmo; se vi è divergenza si ripristinano i valori al passo precedente e si decrementano i pesi. new calculation of linear regression to obtain mi + 1 and control on the convergence of the algorithm; if there is a divergence, the values in the previous step are restored and the weights are decreased.

6. Procedimento secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che le mappe di fase e e/° le mappe dei valori reali e vengono trasformate in mappe di ascisse, secondo il modello della geometria ottica presentato in Fig.8 mediante le seguenti formule: 6. Process according to claim 5, characterized in that the phase maps and / ° maps of the real values are transformed into abscissa maps, according to the optical geometry model presented in Fig.8 by means of the following formulas:

dove REF(j,k) e OBJ(j,k) indicano le codifiche dei light piane, e quindi corrispondono ai termini e/o ai termini e e agli elementi delle matrici e dette trasformazioni (19) e (20) essendo applicate a valle della determinazione delle mappe contenenti le codifiche dei piani di luce. where REF (j, k) and OBJ (j, k) indicate the encodings of the light planes, and therefore correspond to the terms and / or the terms and and the elements of the matrices and said transformations (19) and (20) being applied downstream the determination of the maps containing the codes of the light planes.

7. Procedimento secondo le rivendicazioni 5 e 6 caratterizzato dal fatto che il computo dello spostamento 7. Method according to claims 5 and 6 characterized in that the computation of the displacement

8. Procedimento secondo la rivendicazione 1, comprendente una procedura automatica per determinare l'assetto globale del sistema e automatizzare la fase di Setup di misura comprendente le seguenti fasi: - Inserimento delle dimensioni spaziali dell'oggetto sotto misura: X, Y, Z; - Inserimento della risoluzione in quota desiderata: <z>min' Inserimento delle caratteristiche topologiche dell'oggetto sotto misura; - Determinazione del campo inquadrato FW secondo la formula: 8. Process according to claim 1, comprising an automatic procedure for determining the global set-up of the system and automating the measurement Setup phase comprising the following phases: - Insertion of the spatial dimensions of the object under measurement: X, Y, Z; - Insertion of the resolution at the desired height: <z> min ' Insertion of the topological characteristics of the object under measure; - Determination of the FW field of view according to the formula:

- Determinazione del valore del parametro L secondo la formula: - Determination of the value of the L parameter according to the formula:

- Determinazione della lunghezza focale secondo la formula: - Determination of the focal length according to the formula:

ove k1 è determinata sperimentalmente; - Determinazione del valore di f# secondo la formula: where k1 is experimentally determined; - Determination of the value of f # according to the formula:

ove è determinata sperimentalmente; - Determinazione della tecnica di misura in base alle informazioni topologiche della superficie dell'oggetto e alla risoluzione desiderata; - Determinazione del valore di d secondo le formule: where it is experimentally determined; - Determination of the measurement technique based on the topological information of the object surface and the desired resolution; - Determination of the value of d according to the formulas:

ove p è il periodo del pattern a periodo minore utilizzato e è la minima fase rilevabile, che è una costante che dipende dal dispositivo di acquisizione; la espressione (30) si utilizza se la tecnica selezionata è il GCM, mentre la espressione (31) si utilizza negli altri casi; - presentazione dei parametri ottico-geometrici selezionati e della tecnica di misura da utilizzarsi. where p is the period of the shorter period pattern used and is the minimum detectable phase, which is a constant that depends on the acquisition device; expression (30) is used if the selected technique is GCM, while expression (31) is used in the other cases; - presentation of the optical-geometric parameters selected and of the measurement technique to be used.

9. Procedimento secondo la rivendicazione 1 comprendente detta integrazione della procedura GCM con detta procedura SGM, caratterizzata dal fatto che comprende le seguenti fasi: - proiezione di (n-1) pattern del Codice Gray sul riferimento; - determinazione della codifica incompleta 9. Process according to claim 1 comprising said integration of the GCM procedure with said SGM procedure, characterized in that it comprises the following steps: - projection of (n-1) pattern of the Gray Code on the reference; - determination of incomplete coding

- proiezione dell'n-esimo pattern sul riferimento; - determinazione della fase sul riferimento secondo il metodo SGM; - determinazione della mappa REF contenente i light piane a valori reali sul riferimento. Detto l'elemento di indici (j,k) della mappa , esso viene espresso secondo la formula: - projection of the n-th pattern on the reference; - determination of the phase on the reference according to the SGM method; - determination of the REF map containing the plane lights with real values on the reference. Called the index element (j, k) of the map, it is expressed according to the formula:

ove il termine rappresenta la correzione di fase necessaria per eliminare l'incompletezza del GCM; - proiezione di (n-1) pattern del CCM sull'oggetto; - determinazione della codifica incompleta where the term represents the phase correction necessary to eliminate the incompleteness of the GCM; - projection of (n-1) pattern of the CCM on the object; - determination of incomplete coding

- proiezione dell'n-esimo pattern sull'oggetto; - determinazione della fase sull'oggetto secondo il metodo SGM; - determinazione della mappa OBJ contenente i light piane a valori reali sull'oggetto. Detto - projection of the n-th pattern on the object; - determination of the phase on the object according to the SGM method; - determination of the OBJ map containing the plane lights with real values on the object. Said

l'elemento di indici (j,k) della mappa, esso viene espresso secondo la formula the index element (j, k) of the map, it is expressed according to the formula

ove il termine rappresenta la correzione di fase necessaria per eliminare l'incompletezza del GCM; - trasformazione delle mappe REF e OBJ mediante le trasformazioni (19) e (20); - determinazione dello spostamento mediante la formula 21 - determinazione della quota per triangolazione mediante la espressione (1) . where the term represents the phase correction necessary to eliminate the incompleteness of the GCM; - transformation of REF and OBJ maps by means of transformations (19) and (20); - determination of the displacement by means of formula 21 - determination of the quota by triangulation by means of the expression (1).