ES2377462T3 - Sistema de escaneado y método para escanear - Google Patents

Abstract

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

Description

Sistema de escaneado y metodo para escanear

La presente invenci6n se refiere a un sistema, y al correspondiente metodo, para escanear un objeto real. El objeto del escaneo puede ser un articulo completo o una porci6n suya, o la superficie o porci6n de la superficie de un articulo. El sistema y el metodo de la invenci6n son capaces de realizar la adquisici6n de la geometria y de las propiedades de reflectancia de la superficie del material del objeto del escaneo. Los ejemplos de tales propiedades de reflectancia de la superficie del material incluyen el color de la superficie y la capacidad reflectante, a la que tambien puede referirse como propiedades de reflectancia.

Se conocen sistemas para la adquisici6n de la geometria 3D de la forma de un objeto, por ejemplo como se describe en el documento WO 2005/040850. Sin embargo, la informaci6n geometrica sola no es siempre suficiente para aplicaciones concretas de escaneo, tales como la adquisici6n de un modelo a todo color para videojuegos y peliculas de animaci6n (por ejemplo, escanear y reconstruir una figura para su posterior animaci6n), la visualizaci6n interactiva (por ejemplo, para usos medicos o para el uso academico tales como el escaneo de antiguedades para su posterior estudio), y el control de calidad (por ejemplo, inspeccionar el acabado superficial de un objeto con respecto a su acabado satinado o de brillo deseados, inspeccionar la perfecci6n de la pintura aplicada sobre un objeto pintado).

Se conocen otros sistemas para adquirir informaci6n de un objeto por via "estereofotometrica" (PS) (del ingles photometric stereo), es decir obtener informaci6n espacial sobre las propiedades de la interacci6n de la superficie de un objeto con la luz. La Figura 1 muestra un ejemplo de la disposici6n tradicional de los elementos de un sistema para la adquisici6n de un objeto por via estereofotometrica. Se coloca una unica camara 100 para capturar imagenes de un objeto 101 iluminado individualmente y secuencialmente por un numero de fuentes 102, 103, 104 de luz, habiendose obtenido las posiciones geometricas de las fuentes de luz con respecto al objeto a traves de una calibraci6n anterior. En la Figura 1 se muestran tres fuentes de luz que representan una tipica disposici6n minima de los elementos. Sin embargo, hay problemas y limitaciones con semejante sistema: por ejemplo, dependiendo del modelo de reflectancia del material usado, la determinaci6n de la informaci6n PS del objeto puede ser insoluble o requerir una cantidad extremadamente grande de energia o de tiempo de tratamiento. La variedad de materiales a los que se puede aplicar puede estar muy limitada, por ejemplo objetos que exhiban una reflexi6n especular no se pueden adquirir correctamente. Puede ayudar el uso de fuentes adicionales de luz y de modelos de de reflexi6n mas avanzados, pero esto aumenta los requisitos de elementos del equipo y la dificultad de la calibraci6n. Ademas, un sistema PS, como el anteriormente descrito, es inc6modo de operar y de organizar su disposici6n, en concreto, se requieren fuentes de luz, geometricamente multiples y radiometricamente calibradas. Esto no permite, por si mismo, hacer posible que se consigan escaneres c6modos y movibles (por ejemplo, de mano). Los datos PS en los que se recupera la geometria por integraci6n tienen tambien el problema de ser "no-metricos" en el sentido de que no proporcionan informaci6n sobre la altura, anchura y amplitud total, y pueden estar sujetos a una desviaci6n de baja frecuencia debido a la integraci6n, que implica una posible curvatura en el espacio.

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

Las publicaciones "Building a digital model of Michelangelo's Florentine Piet�" (Construcci6n de un modelo digital de la Piedad Florentina de Miguel Angel) (Computer Graphics and Applications, IEEE; Vol. 1, paginas 59-67, 01.2002) y "Strategies for registering range images from unknown camera positions" (Estrategias para registrar imagenes de rango desde posiciones de camara desconocidas) (Three-Dimensional Image Capture and Applications III, Proc. SPIE, Vol. 3958, paginas 200-206, 03.2000) ambos escritos por F. Bernardini y colaboradores, describen la combinaci6n de la proyecci6n de modelos y fotometria. La publicaci6n "A versatile camera position measurement system for virtual reality TV production" (Un sistema de medida de la posici6n de una camara versatil para la producci6n de TV con realidad virtual) (International Broadcasting Convention, Conference Publication N° 447, 09.1997) de G-A. Thomas y colaboradores describen un registro de la posici6n para una camara de mano.

La presente invenci6n tiene por objeto aliviar, al menos parcialmente, uno o mas de los problemas anteriores.

Por consiguiente, la presente invenci6n proporciona un sistema de escaner segun la reivindicaci6n 1.

La presente invenci6n proporciona tambien un metodo para escanear un objeto segun la reivindicaci6n 12.

Un sistema que realiza la invenci6n es capaz de ofrecer ventajas que incluyen una exactitud mejorada, un coste reducido y una capacidad mejorada de uso con respecto a las tecnologias convencionales, y se puede producir en una camara portatil, de mano. Ademas de las aplicaciones estandar para la adquisici6n geometrica 3D (tal como por ejemplo, ingenieria inversa, control de calidad), la capacidad del sistema para capturar las propiedades de reflectancia de la superficie del material, como por ejemplo color no homogeneo y la reflexi6n especular, lo hacen aplicable en una amplia variedad de otros campos, tales como la adquisici6n de modelos a todo color, la visualizaci6n interactiva, y el analisis de materiales, por ejemplo la inspecci6n de la calidad de un trabajo de pintura o de un acabado superficial.

Un sistema o un metodo que realice la invenci6n de forma ventajosa, solamente requiere un unico sensor (por ejemplo una camara) para capturar imagenes del objeto. Ademas, un sistema que realiza la invenci6n requiere solamente, de forma ventajosa, una unica fuente de luz, que puede ser una fuente de luz compuesta, pero la fuente de luz puede ser compacta con una dimensi6n maxima de, digamos, 150 mm o mas pequena. Tampoco se requieren fuentes adicionales de contraluz. Todas estas caracteristicas hacen posible que el dispositivo de escaner de la invenci6n se pueda hacer portatil, y preferiblemente de mano. Por supuesto, se pueden usar, opcionalmente, multiples fuentes de luz si lo requiere la aplicaci6n, pero el propio dispositivo de escaner puede ser, todavia, una sola unidad portatil, preferiblemente de mano.

Se describiran ahora las realizaciones de la invenci6n, unicamente a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos que las acompanan, en los que:

La Figura 1 describe un sistema previo para adquirir informaci6n estereofotometrica de un objeto;

la Figura 2 describe un sistema que comprende un escaner, un objetivo 6ptico, un objeto y un procesador segun una primera realizaci6n de la invenci6n;

la Figura 3 describe el sistema de la primera realizaci6n adquiriendo informaci6n geometrica;

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

la Figura 4b muestra la informaci6n fotometrica procedente de la Figura 4a despues de su tratamiento para dar un conjunto de imagenes reconstruidas desde el mismo punto de vista, pero iluminadas de forma eficaz por una fuente de luz desde diferentes direcciones;

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

la Figura 6 ilustra un sistema segun una segunda realizaci6n de la invenci6n; y

la Figura 7 describe el sistema de la Figura 6 en uso.

Ahora se describira un sistema segun una primera realizaci6n de la invenci6n. La Figura 2 muestra los elementos componentes del sistema, que en esta realizaci6n consisten en un dispositivo 1 de escaneo, de mano; un objetivo 6ptico 17 y un procesador 21. Los componentes del escaner 1 de mano incluyen: el cuerpo principal del escaner 1, al que el resto de los componentes estan acoplados; una camara 12; un proyector 13 de rayas laser u otra fuente adecuada para proyectar uno o mas planos de luz sobre el objetivo 17 y el objeto que hay sobre el para producir una linea o raya de luz visible para la camara 12; y al menos una fuente 14 de luz fotometrica. Los componentes 1, 12 y 13, junto con el objetivo 6ptico 17, estan descritos en la publicaci6n WO 2005/040850; la fuente 14 de luz fotometrica es un anadido para formar el sistema que es el foco de la presente invenci6n.

En la Figura 2, la fuente 14 de luz fotometrica es una luz brillante compuesta de multiples LED dispuestos en un anillo alrededor de la lente 15 de la camara, aunque esto no es, en modo alguno, la unica configuraci6n, y pueden resultar ventajoso tener luces adicionales tales como, por ejemplo, una fuente de luz de LED agrupados, situada al lado de el proyector 13 de rayas laser. En la realizaci6n descrita, la fuente de luz fotometrica esta situada para ser sustancialmente co-lineal con la lente 15 de la camara; en este contexto, "co-lineal" significa simplemente que el objeto es iluminado sustancialmente desde la misma direcci6n desde la que es visto, aunque esto no es una caracteristica esencial de la invenci6n. Los LED aqui referidos emiten luz azul que interacciona con una o mas sustancias fluorescentes para generar luz aproximadamente blanca. Se pueden usar, por supuesto, otras fuentes tales como una bombilla de flash de una camara.

El cuerpo principal del escaner, en la realizaci6n descrita en la Figura 2, consiste en un bastidor que comprende dos miembros laterales 1.1 y 1.2, separados uno del otro, unidos por tres barras 1.3, 1.4 y 1.5, aproximadamente perpendiculares a los miembros laterales. La barra 1.3 que esta en medio constituye un asa de mano y esta provisto de un disparador 16, usandose el disparador para encender o apagar la generaci6n del laser. Tambien se puede disponer de controles adicionales en el escaner 1, por ejemplo para encender o apagar la(s) fuente(s) de luz fotometrica. La camara 12 y el proyector 13 de rayas laser estan situados adyacentes a las respectivas barras 1.4 y

1.5 de los extremos del escaner. Una caracteristica mas de esta realizaci6n concreta es que la camara 12 y el proyector 13 de rayas laser son ajustables con respecto al cuerpo del escaner alrededor del eje vertical. Esto se consigue acoplando estos dos componentes al cuerpo principal 1 del escaner mediante una varilla y un encastre, y permite que el escaner 1 de mano tenga una linea base ajustable entre la camara 12 y la fuente 13 de laser para acomodarse a los objetos de diferentes tamanos. La camara 12 es cualquier sensor electr6nico adecuado de imagen, por ejemplo que use un elemento sensor de luz CCD y CMOS, y una lente o sistema de lentes 15 para enfocar una imagen del objeto 19 y el objetivo 17 sobre el elemento sensor.

El objetivo 6ptico 17 consiste en un objetivo plano con un diseno de dimensiones conocidas, es este caso un cuadrado negro con una linea que lo rodea. Se situa un marcador de la orientaci6n, en este caso un circulo blanco

18, en la parte superior izquierda del cuadrado negro. Se comprendera que el objetivo 6ptico puede tener otras formas, como por ejemplo una forma tridimensional, sin embargo sus dimensiones metricas se deben conocer con antelaci6n, con una exactitud especificada (las propiedades metricas del objetivo se discuten en el documento WO 2005/040850). Una propiedad adicional del objetivo 6ptico es que es de reflexividad conocida, por ejemplo en el caso de usar una cartulina blanca con impresi6n laser, se sabe que la cartulina sera mate y sustancialmente igualmente reflectante a traves del intervalo espectral de la luz visible (una propiedad de calibraci6n adicional disponible en la nueva tecnologia que se describe en este documento). La geometria del objetivo y las propiedades de reflectancia se pueden calibrar por anticipado segun se requiera. Durante la operaci6n, el objeto 19 que se va a captar se situa sobre el objetivo 17, que puede variar a escala global dependiendo del tamano del objeto que se va a captar. En la realizaci6n descrita mas adelante, durante la operaci6n, el escaner de mano se mueve con respecto al objetivo estacionario, sin embargo en otras realizaciones el escaner puede permanecer fijo, con el objetivo moviendose respecto a el, por ejemplo en el caso de partes que se examinan y que se mueven sobre una cinta transportadora con multiples objetivos anadidos.

El procesador 21 puede ser un ordenador de mesa o un ordenador portatil, y se requiere para formar la imagen y procesar los datos necesarios para las diversas funciones del sistema, asi como para el almacenamiento de los datos intermedios y finales que describen el objeto captado. Un monitor 22, CRT o LCD acoplado, permite la exposici6n de los datos intermedios y finales al usuario, junto con los controles para su interacci6n. El escaner 1, el procesador 21 y el monitor 22 pueden estar conectados por cables para la comunicaci6n de datos. Como alternativa, la comunicaci6n entre los componentes puede ser inalambrica. Tampoco es esencial para el procesador 21 que sea exterior al escaner; con la miniaturizaci6n adecuada, se puede disponer, integramente en el escaner de mano, del visualizador y de los necesarios elementos especializados del procesador.

Ahora se describira un metodo de operaci6n del sistema de escaner, segun una realizaci6n de la invenci6n, en terminos de las siguientes funciones realizadas, a saber: localizaci6n de la camara; recuperaci6n metrica de los datos de la forma geometrica del objeto; adquisici6n de datos fotometricos del objeto; y combinaci6n de los datos geometricos y los datos fotometricos para producir un modelo perfeccionado de la geometria del objeto y de las propiedades de reflectancia de la superficie.

Como se describe en el documento WO 2005/040850, la primera funci6n del sistema es llevar a cabo la localizaci6n de la camara 6ptica, es decir, determinar la posici6n de la camara en el espacio (especificamente angulos de giro, de inclinaci6n, y de oscilaci6n de la camara, y las coordenadas X, Y, Z, del centro efectivo de la camara) con respecto a un sistema de ejes de coordenadas absolutas elegido sobre el objetivo, mostrado en la Figura 2 como el conjunto de ejes 20. Como el objetivo tiene un tamano metrico conocido, la posici6n relativa de la camara se puede determinar metricamente con el conocimiento dado de ciertas propiedades de la formaci6n de imagen de la camara, como por ejemplo la distancia focal. La calibraci6n geometrica de la camara es una tecnica conocida y se puede llevar a cabo en un planteamiento de imagen seleccionada. En un ejemplo de esto, se captan multiples imagenes del objetivo de calibraci6n de una camara 2D, cuyas dimensiones caracteristicas son conocidas, no siendo necesario que el objetivo de calibraci6n sea el mismo que el usado durante el escaneo del objeto. Luego se realizan las operaciones de tratamiento de imagenes para extraer las localizaciones de las caracteristicas del objetivo en las imagenes de calibraci6n, y luego una serie de operaciones basadas en la geometria descriptiva usadas para obtener parametros que determinen las propiedades de la formaci6n de imagenes de la camara.

Con el conocimiento de las caracteristicas de la formaci6n de imagen de la camara (o parametros intrinsecos), la localizaci6n metrica de la camara con respecto al objetivo 6ptico 17 se puede llevar a cabo a partir de una unica imagen del objetivo. Esto se consigue hallando ciertas caracteristicas especificas del objetivo en la imagen (por ejemplo, los lados de la linea que rodea el cuadrado negro del centro del objetivo), aplicando luego geometria descriptiva para determinar una homografia desde el sistema de ejes de coordenadas del objetivo a la camara. El documento WO 2005/040850 da mas detalles de la localizaci6n de la camara mediante la formaci6n de una imagen del objetivo 6ptico.

Como se describe en el documento WO 2005/040850, la segunda funci6n del sistema es llevar a cabo la recuperaci6n metrica de la informaci6n de la forma geometrica procedente del objetivo. La Figura 3 demuestra este proceso. Un plano, o multiples planos, de luz 30 son proyectados, desde el escaner, sobre el objetivo 17 y el objeto 19 que hay sobre el. Una fase de calibraci6n (no mostrada) determina la distancia relativa y la orientaci6n del plano,

o planos, de luz, con respecto al centro efectivo de la camara, el cual permanece fijo durante el proceso de escaneo. La informaci6n que sale de la funci6n de localizaci6n proporciona la posici6n y la orientaci6n de la camara con respecto al objetivo 6ptico, y de ahi el angulo y la posici6n relativa del plano de luz con respecto al objetivo. Se aplican las rutinas de tratamiento de imagenes para detectar la posici6n de la raya de luz en la imagen, tanto sobre el objeto como sobre el objetivo, que es clara y concisa, ya que la raya es muy intensa comparada con la luz del ambiente procedente, por ejemplo, de la iluminaci6n estandar de la habitaci6n. El conocimiento de la posici6n y de la orientaci6n del plano del objetivo en la imagen permite que se determine la intersecci6n del plano de luz, o de cada unos de los planos de luz, con el plano del objetivo. Luego se puede determinar la informaci6n sobre la forma geometrica del objeto situado sobre el blanco a partir de la distorsi6n observada en la linea de luz en la imagen de la camara. La detecci6n de la raya sobre el objetivo se usa para mejorar la exactitud de la recuperaci6n geometrica usando la disparidad. El resultado es adquirir una unica "raya" de las muestras geometricas metricas (es decir,

puntos 3D) a traves del objeto. La linea de luz hace un barrido "preferiblemente" sobre el objeto con el fin de adquirir un conjunto de muestras de la superficie del objeto.

Las ventajas concretas de la aproximaci6n basada en el objetivo, respecto a la adquisici6n de la geometria, incluyen la retirada de costosos equipos de localizaci6n con camara de precisi6n (equivalente a la retirada de un equipo que mueve con exactitud el objeto, como plataformas giratorias de precisi6n), y esa recuperaci6n geometrica se lleva ahora a cabo con respecto a un objeto metrico conocido que esta a la vista, reduciendo errores hasta un segundo orden. La adquisici6n de datos 3D con respecto a un sistema de ejes de coordenadas absolutas permite tambien hacer el modelo estadistico que se va a aplicar para reducir mas el error global. El documento WO 2005/040850 proporciona mas detalles. Habra que indicar que la geometria aqui recuperada es metrica, sin embargo, se ajustara al nivel del ruido de la medida no sesgada dependiendo de, por ejemplo, la exactitud de la localizaci6n de la camara, la calibraci6n geometrica y la localizaci6n de la raya laser en la imagen. Es importante indicar que el uso del objetivo 6ptico metrico de referencia, genera medidas no sesgadas que son sometidas a ruido espacial de alta frecuencia. Otros sistemas admiten sesgos por su dependencia de los brazos de medida y de otras caracteristicas que se deben calibrar por separado y registrarse con respecto al sistema de coordenadas del objeto.

La tercera funci6n del sistema de escaneo es realizar la adquisici6n fotometrica del objeto. El principio fundamental aplicado es el estereofotometrico (PS). El concepto subyacente es adquirir una serie de imagenes fotometricas del objeto a traves de la camara, consistiendo las imagenes en el objeto que permanece en una posici6n fija con respecto a la camara pero con variaci6n geometrica en las condiciones de iluminaci6n.

El tratamiento estereofotometrico requiere un modelo aproximado de las propiedades de reflexividad del material del objeto (posiblemente no homogeneo), que en el caso general se modela mediante la funci6n de distribuci6n de reflectancia bidireccional (BRDF) (del ingles; Bidirectional Reflectance Distribution Function). Para hacer el problema tratable, se usa habitualmente un modelo muy simplificado de la BRDF, por ejemplo el modelo de la Ley del coseno de Lambert. Aqui la reflexividad del material se expresa como uniforme a traves de toda la variaci6n de la energia de irradiaci6n entrante y la energia radiante saliente. En este modelo simple, la variaci6n de la intensidad a traves del objeto, observada por la camara, es dependiente unicamente de la cantidad de la energia irradiante entrante procedente de la fuente de luz y de los efectos de la perspectiva debidos a la geometria del objeto. En particular

Donde I representa la intensidad observada por la camara en un unico punto sobre el objeto, P la energia de la luz irradiante entrante, N es la normal a la superficie respecto al objeto, L es la direcci6n normalizada respecto a la superficie de la luz entrante, y p la reflexividad de Lambert del objeto en ese punto.

En la puesta en practica estandar de PS, la variaci6n de P a traves del objeto se determina habitualmente de forma aproximada en la anterior etapa de calibraci6n, y de ahi que se pueda compensar. En el caso del ejemplo convencional de la Figura 1, la orientaci6n relativa de la camara y el objeto permanecen fijos durante cada cambio de la direcci6n de iluminaci6n. La intensidad observada por la camara en una localizaci6n concreta (es decir, pixel) en el conjunto de imagenes fotometricas debe corresponder siempre a la misma area de la superficie del objeto. Las intensidades en una localizaci6n concreta del pixel, en la imagen, se pueden considerar, por lo tanto, como un conjunto de muestras fotometricas procedentes de la superficie del objeto, visibles en la localizaci6n del pixel en la visi6n de la camara. Sean las intensidades de N y las correspondientes direcciones de la luz, para un conjunto concreto de muestras fotometricas van a estar representadas por el superindice, entonces IN = pLN. N (donde . indica el producto escalar de vectores). Hay que indicar que LN se ha determinado mediante la anterior calibraci6n (esto se puede conseguira traves de, por ejemplo, de la aproximaci6n denominada "reloj de sol", vease por ejemplo: Desing and use of an in-museum system for artefact capture (Diseno y uso de un sistema, dentro de un museo, para la captura de un artefacto) de Rushmeier y colaboradores, IEEE/CVPR Workshop on Applications of Computer Vision in Archaeology 2003, y descrito aqui en el contexto de la segunda realizaci6n de la invenci6n). Despues de agrupar los N vectores (Ec. 1) a partir de la N muestras fotometricas, da:

La cual se puede resolver por analisis de minimos cuadrados mediante, por ejemplo, la seudoinversa. La normal a la superficie es de longitud unidad, por lo que la normal N de la superficie derivada esta normalizada, con p tomada como normal (N).

Quedara claro a partir de esta descripci6n que se puede usar PS, dado un modelo apropiado y soluble de la reflexividad del material, para derivar la geometria del objeto en forma de un conjunto de normales a la superficie, y las propiedades del material (en el ejemplo anterior, coeficientes de reflexividad de Lambert posiblemente no homogeneos). Esto es una tecnica estandar conocida. Tambien es posible realizar una operaci6n similar con imagenes fotometricas en color (como por ejemplo, imagenes de canales R, G, B, comunes en la formaci6n de imagenes digitales modelo), recuperando los conocimientos de, por ejemplo la radiaci6n albedo y difusa del objeto.

El sistema de escaneo de esta realizaci6n de la invenci6n se mejora, respecto a la disposici6n anterior de la Figura 1, anadiendo al menos una fuente de luz fotometrica al escaner, que el mismo se mueve libremente con respecto al objeto. Esto permite la adquisici6n de un numero potencialmente ilimitado de imagenes fotometricas en las que cualquier fuente de luz se puede situar arbitrariamente, mientras que el objeto permanece a la vista de la camara y en la zona de iluminaci6n de la fuente de luz. En el ejemplo del escaner de mano de la Figura 2, se muestra una fuente 14 de luz co-lineal con una unica camara. La cuesti6n ahora es que mover la fuente de luz (y por tanto la camara) da como resultado que la posici6n, orientaci6n, y potencialmente la visibilidad del objeto (debido a la autooclusi6n) cambia en la imagen. Esto da como resultado que la posici6n de la muestra fotometrica correspondiente a una regi6n concreta de la geometria de la superficie varia entre las imagenes fotometricas; ademas, la auto-oclusi6n del objeto con respecto a la camara o a la luz puede dar como resultado muestras fotometricas para una regi6n concreta que no esta disponible en alguna o en la totalidad de las imagenes fotometricas. La Figura 4(a) ilustra esto, mostrando un conjunto de imagenes fotometricas de un objeto (una moneda) adquiridas moviendo el sistema de luz de la camara, es decir el escaner 1. Claramente, la geometria observada bajo los pixeles de las imagenes varia a traves del conjunto. Por lo tanto, un componente principal del sistema de escaneo es tratar las imagenes fotometricas capturadas para obtener un conjunto de muestras fotometricas geometricamente alineadas.

En esta realizaci6n descrita la aproximaci6n tomada sera para rectificar las imagenes fotometricas capturadas respecto a una orientaci6n comun, y al hacer eso determinar la visibilidad de la superficie. Esto requiere el conocimiento anterior de la geometria metrica del objeto, proporcionada por el componente de escaneo laser del sistema. Por eso, el componente fotometrico del sistema es dependiente de los datos procedentes del componente laser, y como la rectificaci6n mejora con la calidad de los datos metricos, se potencia claramente la componente fotometrica mediante el comportamiento mejorado en la etapa de la adquisici6n geometrica. La rectificaci6n de una imagen fotometrica se realiza proyectando en la imagen la geometria metrica previamente adquirida. Esto requiere el conocimiento de la posici6n de la camara y la orientaci6n usada para adquirir la imagen (obtenida a partir de la etapa de la localizaci6n 6ptica del sistema) y los parametros de la formaci6n de imagen de la camara, como por ejemplo la distancia focal (adquirida durante la calibraci6n geometrica de la camara). Opcionalmente, se pueden aplicar otros parametros tales como los que definen un modelo de la distorsi6n radial de la camara, para mejorar la exactitud de la proyecci6n del modelo. El resultado de la proyecci6n es obtener las localizaciones en 2D de los puntos que comprenden la geometria de la superficie 3D en cada imagen fotometrica. Se consigue luego una reproyecci6n del objeto desde un punto de vista arbitrario que vuelve a recuperar el objeto, asignando un valor de un color a los vertices proporcionados por el muestreo de la imagen original. La Figura 5 muestra un ejemplo de proyecci6n de un modelo - los datos 3D del modelo 50, 51, 52 se proyectan en la imagen 53 para proporcionar localizaciones 2D de la geometria en la imagen fotometrica 54, 55, 56. La imagen fotometrica es muestreada en estas localizaciones y el modelo se vuelve a recuperar con estos valores de los colores para construir una vista rectificada en un punto de vista can6nico 57 elegido, en este caso fronto-paralelo al plano principal de la moneda.

Los datos 3D metricos, en si, proporcionan unicamente un conjunto de localizaciones 2D de la muestra en las imagenes fotometricas. Para determinar la visibilidad, la superficie del objeto se debe definir de alguna forma. Un ejemplo de esto es definir la conectividad entre los puntos basandose en un triangulo. Esto resulta trivial si los puntos estan definidos, por ejemplo, como muestras de alturas sobre una rejilla de muestreo (como esto se realiza facilmente, en nuestro sistema los datos metricos se adquieren con respecto a un objetivo 6ptico plano y metrico). En el caso de una nube arbitraria de puntos que definen un objeto convexo, por ejemplo, se puede aplicar la triangulaci6n 3D de Delaunay. Existen otros esquemas y representaciones, tales como los metodos de Radial Basis Function (Funci6n de base radial) para determinar superficies implicitas. Habiendo obtenido una representaci6n de una superficie, la visibilidad con respecto a la camara se puede determinar, por ejemplo, lanzando un rayo desde el centro de la camara a traves del objeto, o proyectando la superficie en la imagen como un conjunto de, por ejemplo, triangulos rellenos con una trama, usando tecnicas estandar de regulaci6n de la profundidad para obtener el punto mas pr6ximo a la camara en cada pixel de la imagen. La oclusi6n con respecto a la luz (es decir, el autoensombrecimiento) se puede determinar de manera similar, en esta caso lanzando rayos desde el centro efectivo de la luz, o dando regulaci6n de la profundidad desde la perspectiva de la fuente de luz (un componente de la tecnica de shadow buffering (regulaci6n de sombras), conocida en los graficos por ordenador).

El resultado es determinar la localizaci6n 2D y la visibilidad de cada punto 3D que representa la geometria del objeto en cada imagen. En esta descripci6n del sistema, las imagenes fotometricas son muestreadas luego en estas localizaciones para reconstruir las imagenes fotometricas desde un unico punto de vista can6nico, realizando asi una rectificaci6n. La Figura 4(b) muestra un ejemplo de esto; las imagenes fotometricas de entrada (Figura 4a) muestra un objeto bajo la variaci6n de la orientaci6n y la postura con respecto a la camara. Despues de proyectar el modelo en las imagenes, se obtiene un conjunto de correspondientes vistas rectificadas, con el plano principal de la moneda fronto-paralelo al punto de vista de la reconstrucci6n (Figura 4b). Hay que indicar que en alguna de las

imagenes fotometricas, la geometria del objeto se determina para que este ocluida con respecto a la camara, y por eso no se puede recuperar en la vista rectificada; estas muestras se presentan en la Figura 4b como pixeles de color gris claro. Por eso, puede haber un numero variable de muestras fotometricas a traves de las localizaciones de las imagenes rectificadas.

Habiendo obtenido un numero de conjuntos de muestras fotometricas, geometricamente alineadas (es decir, Figura 4b), queda determinar la direcci6n de la luz incidente (indicada anteriormente por L) bajo la que se tom6 cada muestra. Se ha comentado ya que la localizaci6n de la camara se puede determinar con respecto al objetivo 6ptico y, por tanto, cualquier punto sobre el objeto a traves de la funci6n de localizaci6n del sistema. Consideremos ahora que la fuente de luz esta acoplada rigidamente a la camara durante la adquisici6n; entonces, si la posici6n de la luz con respecto a la camara se obtiene a traves de la etapa de pre-calibraci6n (esto se puede conseguir de nuevo a traves de, por ejemplo, una aproximaci6n de tipo reloj de sol), la posici6n de la luz se puede derivar para cada imagen fotometrica. En particular, dada una posici6n Lc de la luz respecto a la camara, la rotaci6n y la traslaci6n de la camara con respecto al objetivo como una matriz R y vector t, entonces:

Donde LT da la posici6n de la luz respecto al objetivo, y RT indica la traspuesta de la matriz R. Las muestras fotometricas se pueden tratar ahora para recuperar la geometria respecto al sistema de ejes de coordenadas y las propiedades de reflectancia del material, como se describe, por ejemplo, en la Ec. 2.

En la disposici6n anterior, se ha dado el ejemplo de rectificaci6n de las imagines a un unico punto de vista can6nico para ayudar a su comprensi6n, sin embargo, en una puesta en practica mas avanzada se pueden usar multiples puntos de vista, y de hecho se requieren para recuperar objetos de geometria mas compleja que la moneda. Ampliando al caso general, es posible recuperar muestras fotometricas de una manera libre, extrayendo conjuntos de muestras fotometricas para localizaciones de superficies individuales sobre cualquier geometria 3D arbitraria.

La funci6n final de los sistemas es combinar los datos geometricos y fotometricos adquiridos para producir un modelo final de la geometria del objeto. Propiedades del objeto, tales como el color, se pueden expresar, por ejemplo, como mapas estandar de texturas y son independientes de este procedimiento. Los datos geometricos proporcionan una estimaci6n metrica no sesgada pero ruidosa de la geometria del modelo, habitualmente con una resoluci6n espacial relativamente mas baja que el muestreo fotometrico. Los datos fotometricos proporcionan una resoluci6n relativamente alta pero una estimaci6n sesgada del diferencial de la geometria del objeto como un conjunto de normales a las superficies. La integraci6n de las normales a las superficies puede producir una estimaci6n de una geometria subyacente del modelo, sin embargo esto esta sometido a una distorsi6n de baja frecuencia y, por tanto, no es metrico. Lacombinaci6n de las dos modalidades de datos es, por lo tanto, muy potente ya que potencialmente ofrece exactitud metrica y alta resoluci6n de adquisici6n.

Se pueden aplicar diversas tecnicas diferentes para combinar los dos conjuntos de datos para producir un modelo final. Un ejemplo simple es cuando los datos metricos de las alturas se representan como una rejilla 2D de distancias fuera del plano del objetivo, tambien conocido como un mapa de alturas o de distancias), y las normales a las superficies se representan mediante una tabla 2D muestreada de forma similar. Hay que indicar que en el caso de una resoluci6n normal mas alta, el mapa de alturas se puede interpolar mediante, por ejemplo, una interpolaci6n lineal o cubica para obtener una estimaci6n de la geometria metrica a la misma frecuencia de muestreo. Los dos conjuntos de datos se pueden combinar usando un filtro.

Los dos conjuntos de datos, es decir, los PS y los geometricos escaneados por laser, tienen caracteristicas de ruido muy diferentes. Los datos metricos son laser, con bajos sesgo, pero estan sometidos a ruido espacial de alta frecuencia. Los datos laser pueden dar idea de una medida media de campo de baja frecuencia de los puntos de la superficie del objeto escaneado. Los datos PS, por otro lado, no son metricos y proporcionan informaci6n sobre la normal a la superficie del objeto en una rejilla de muestra de muy alta densidad. El sistema ofrece por eso dos modalidades de sensores, una que genera estimaciones de las localizaciones de las superficies en 3D, perturbadas por el ruido, la otra que proporciona derivadas espaciales de la superficie del objeto. Las dos modalidades de sensores se combinan para optimizar sus caracteristicas individuales de ruido, proporcionando el escaner laser informaci6n de baja frecuencia y el PS la informaci6n de alta frecuencia.

La descripci6n matematica de la operaci6n de integraci6n de las dos modalidades de sensores se puede ilustrar considerando los modelos discretos

Donde z indica una medida de una posici6n de la superficie; nt, n2 y n3 son tres fuentes de ruidos independientes que perturban las medidas verdaderas indicadas por el signo A; (oz) indica la derivada espacial de la localizaci6n de la superficie con respecto a 'x' e 'y' como indica el subindice que sigue. Los datos del escaner laser se modelan mediante la ecuaci6n superior y los datos PS se modelan mediante las ecuaciones inferiores.

Hay muchos modos de combinar las dos medidas modeladas por la Ecuaci6n 4. Un modo concreto apropiado es usar un filtro de Wiener. Un filtro de Wiener es la soluci6n en estado estable para el problema de estimaci6n del estado 6ptimo resuelto usando un filtro de Kalman. Un filtro de Wiener tiene un valor concreto cuando hay medidas de una derivada de una senal, como en el caso de la combinaci6n de la geometria escaneada con laser y los datos PS. El filtro de Wiener se obtiene hallando las transformadas de Fourier de las senales de medida, y suponiendo que estas senales se generaron mediante procesos de ruido blanco, y estan perturbadas por el ruido de la medida de espectro de frecuencia conocida. En esta realizaci6n suponemos que, a modo de ejemplo, los procesos de ruido son en si mismos blancos.

Si el valor estimado de la posici6n de la superficie del objeto esta indicado por z, entonces el filtro de Wiener se minimiza

donde E[ 1 indica el valor esperado.

Una alternativa es aproximar la integraci6n de una manera determinada en la que se obtiene una medida 'd' a partir de las tres medidas de la ecuaci6n 4 usando la ecuaci6n

Aqui lambda especifica una ponderaci6n relativa global sobre los datos de la altura original. Una lambda creciente limita que los datos de salida esten mas cerca de los datos metricos originales. En la practica esto se puede conseguir muy rapidamente en el dominio de frecuencias a traves del uso de tecnicas estandar tales como la transformada rapida de Fourier (FFT) (del ingles; Fast Fourier Transform). En la bibliografia publicada, el uso del dominio de frecuencias se transforma en datos normales de integraci6n, sin embargo no hay intentos de combinarlos con datos metricos. Hay que indicar que el uso de la FFT es para conseguir velocidad en vez de resolver un problema de minimos cuadrados, como en el filtro de Wiener. Tambien se pueden emplear otras tecnicas, por ejemplo la transformada rapida de un tren de ondas.

El resultado de este proceso es producir informaci6n geometrica de alta resoluci6n y alta exactitud del objeto (como por ejemplo un mapa de alturas), junto con informaci6n de la reflectancia (es decir, propiedades materiales del objeto, tales como el acabado superficial) registrada espacialmente con la informaci6n geometrica. Esta informaci6n se ha obtenido a partir de datos geometricos ruidosos, de resoluci6n media y de datos fotometricos sesgados de baja exactitud. La informaci6n de salida se puede tratar mas para ser suministrada a una aplicaci6n de modelado, como por ejemplo un CAD convencional o una aplicaci6n de animaci6n, o similares.

Habra que indicar que no hay una necesidad inherente de adquirir los datos fotometricos y geometricos en distintas fases y, de hecho, puede haber ventajas inherentes en no hacer esto. Se ha mostrado anteriormente que los conocimientos anteriores sobre la forma metrica es esencial para conseguir la recuperaci6n fotometrica con una camara m6vil. Hay que indicar tambien que los conocimientos anteriores sobre la geometria de la superficie pueden ayudar al proceso de escaneo laser permitiendo, por ejemplo, la predicci6n de d6nde se podrian producir reflejos en la imagen de la camara (dando lugar, potencialmente, a falsas detecciones de lineas laser). Se pueden usar tambien estimaciones de alta resoluci6n de normales a las superficies para cuantificar la variable rugosidad superficial con el fin de detectar areas con una alta probabilidad de "manchas" laser. Dando lugar de nuevo a detecciones de lineas falsas.

Unas multiples pasadas de adquisici6n geometrica y fotometrica que interaccionan pueden, por lo tanto, aumentar la exactitud y la calidad global de los datos que caracterizan el objeto. La caracterizaci6n fotometrica de los objetos de geometria compleja puede requerir muchas imagenes con una amplia variedad de localizaciones de la camara. El sistema fotometrico-geometrico combinado esta bien adecuado para proporcionar esto, y puede, por ejemplo, proporcionar a un operador una informaci6n directa en lo que se refiere a la calidad (por ejemplo el numero de muestras y la variabilidad de la localizaci6n de la luz/camara) de los datos fotometricos adquiridos a traves de la geometria del objeto, y/o puede indicar al operador las direcciones desde las que se obtendrian mas datos fotometricos. Estas ventajas son posibles, por supuesto, por el sistema basado en el objetivo, ya que facilita y prolonga enormemente la capacidad de uso de la adquisici6n fotometrica, y esta en contraste con los sistemas

fotometricos/geometricos que habitualmente tienen un hardware y fases de adquisici6n distintos, teniendo una variaci6n fija de la geometria fotometrica.

Se describira ahora una segunda realizaci6n de la invenci6n que comprende un sistema capaz de realizar la adquisici6n de la geometria y de las propiedades del material, tales como el color, a partir de un objeto real. En esta realizaci6n, el foco esta en la adquisici6n de la geometria y de las propiedades del material a partir de una superficie, como por ejemplo una pared o un suelo en vez de un objeto entero. Las aplicaciones para esta realizaci6n concreta estan mas especializadas que los escaneres de objetos generales descritos anteriormente en la Figura 1, sin embargo incluyen la adquisici6n de superficies para entornos sinteticos tales como peliculas o videojuegos, captura de tallas o jeroglificos, captura con mucho detalles de arrugas, cicatrices u otras caracteristicas del cuerpo para analisis cuantitativo de cirugia cosmetica.

La figura 6 muestra algunos componentes del hardware de esta realizaci6n. La primera parte 600 del sistema comprende una camara 601 instantanea digital acoplada mediante un brazo rigido 602 a una fuente de luz 603 fotometrica. En este ejemplo, la fuente de luz 603 es un can6n de destello fotografico de alta potencia, sin embargo se pueden usar otras fuentes de luz tales como un LED u otra fuente de luz procedente de una bombilla estandar. Tambien puede ser de provecho acoplar luces fotometricas adicionales, tales como unas de destello dispuestas en anillo, a la camara 601. Ademas de la fuente o fuentes de luz 603 fotometrica se acopla tambien al brazo una fuente 604 de raya laser, y se puede disparar de forma sincr6nica o asincr6nica con la fuente(s) (603) de luz fotometrica. El segundo componente de hardware es un objetivo 6ptico 605, similar en esencia al objetivo 6ptico 17 de la Figura 2. Las diferencias principales estan en el patr6n geometrico aplicado sobre el objetivo (en este caso un patr6n de cinco referencias puntuales 606-610), el orificio 611 en el centro del objetivo 605 y los cuatro conos, 612-615, usados para la calibraci6n de la fuente de luz. Un tercer componente opcional del hardware es un objetivo 616, poco pesado, de una lamina de carbono con un patr6n geometrico de puntos (referencias) a los del objetivo 605.

El uso de este sistema es similar al de la realizaci6n previa, sin embargo, si embargo, en vez de situar un objeto sobre el objetivo 605, el propio objetivo 605 se acopla a la superficie sometida a inspecci6n, como por ejemplo la pared 620 en la Figura 7. El objetivo es realizar una reconstrucci6n, en gran medida, fotometrica de esta superficie usando datos metricos minimos procedentes de emisor de rayas laser. Esto se realiza tomando una serie de imagenes fijas del objetivo 605 (con la superficie visible a traves del anteriormente mencionado orificio 611) tratando luego las imagenes aparte. Las flechas en la Figura 7 describen el movimiento y la rotaci6n del brazo del sistema 600 entre las sucesivas imagenes que se adquieren, con el fin de obtener imagenes desde diferentes puntos de vista e iluminadas desde diferentes direcciones. El flash 603 y el emisor de rayas laser 604 se encienden con cada adquisici6n de imagen de la camara 601, proporcionando respectivamente informaci6n fotometrica y metrica acerca del objetivo 605. Como en la descripci6n anterior, la reconstrucci6n de la superficie requiere el conocimiento de:

1) los parametros fisicos del objetivo 6ptico 605 (conocidos por diseno);

2) los parametros intrinsecos de la camara 601, tales como la distancia focal (la calibraci6n de la camara se puede llevar a cabo mediante metodos bien conocidos basados en la imagen);

3) la localizaci6n de la camara 601 con respecto al objetivo 605 en cada imagen (computable a partir de la orientaci6n observada de las referencias del objetivo 606-610 de forma similar a la realizaci6n previa);

4) la localizaci6n de la fuente de luz 603 con respecto al objetivo 605 en cada imagen; y

5) la localizaci6n y orientaci6n del emisor 604 de rayas laser con respecto al objetivo 605 en cada imagen.

Los requisitos 4) y 5) se pueden reducir para hallar la localizaci6n de la fuente de luz 603 y del emisor 604 de rayas con respecto a la camara 801, ya que estos componentes se pueden fijar rigidamente al brazo 602. En este caso el conocimiento de 3) permite la transformaci6n de las localizaciones respecto a la camara, en localizaciones respecto al objetivo, para cada imagen capturada.

La posici6n de la raya respecto a la camara se puede hallar usando tecnicas estandar como las descritas en el documento WO 2005/040850. En la realizaci6n de la Figura 6, la posici6n de la luz con respecto a la camara se halla observando las sombras triangulares proyectadas por los conos 612-615 sobre el objetivo 605, de forma similar al reloj de sol tradicional. La altura de los conos 612-615 se conoce con antelaci6n y, por eso, la posici6n de la luz 603 se puede hallar mediante la intersecci6n de los rayos procedentes de las puntas de las sombras proyectadas a traves de las puntas geometricas conocidas de los conos 612-615 sobre el objetivo, como se conoce en la tecnica.

En la practica, se lleva a cabo una fase de calibraci6n, con antelaci6n, usando el objetivo 605, que puede estar hecho de metal. Luego se lleva a cabo una fase de captura usando el objetivo 616, poco pesado, acoplado a la superficie real, que es el objeto que esta siendo escaneado. Esto tiene la ventaja de que unicamente el objetivo 616, de poco peso, necesita ser llevado siempre, lo cual es mas conveniente, y es mas facil de acoplar a las superficies. Como alternativa, en principio, tanto la calibraci6n como la captura se podrian realizar usando un unico objetivo 605, y el objetivo 616, de poco peso, seria innecesario. Con ambas, esta realizaci6n y la realizaci6n previa, se puede suministra el escaner precalibrado si la posici6n y la orientaci6n de la camara respecto a la fuente de luz y al emisor de rayas son fijas.

La recuperaci6n fotometrica se realiza luego rectificando las vistas de entrada hasta un punto de vista can6nico fronto-paralelo (como se describi6 anteriormente y se ilustra en las Figuras 4a y 4b), y realizando el tratamiento 5 estereofotometrico. Segun una tecnica anterior, esta rectificaci6n se realiza sin el conocimiento metrico anterior de la superficie. Esto se hace realizando multiples pasadas de reconstrucci6n. En la primera se supone una superficie plana, y se realiza la rectificaci6n. Habitualmente se vera un gran numero de artefactos en las vistas rectificadas debido, por ejemplo a los efectos de paralaje en las imagenes de entrada. Esto conduce a una recuperaci6n geometrica de exactitud limitada. En la segunda pasada, se usa la recuperaci6n aproximada procedente de la

10 primera para realizar una rectificaci6n totalmente 3D, dando lugar a una rectificaci6n mejorada del conjunto de las imagenes originales y dando lugar a una posterior recuperaci6n geometrica muy mejorada.

Esta aproximaci6n previa esta bastante limitada por naturaleza, y en particular para realizar la integraci6n de los datos fotometricos adquiridos (es decir, la soluci6n de la Ec. 5) se requiere marcar a mano un numero de escasas correspondencias en las imagenes de entrada para adquirir un pequeno conjunto de datos realmente metricos a 15 traves de una triangulaci6n. Esto para el usuario es tiempo que se consume y con frecuencia es err6neo. Con el sistema segun esta realizaci6n de la invenci6n, el emisor de rayas laser se aplica para adquirir una "raya" de datos realmente geometricos a partir de la superficie en cada imagen de entrada. Combinar la informaci6n a traves de las multiples imagenes permite un numero relativamente grande de muestras metricas que se van a tomar simultaneamente con los datos fotometricos. Esto es insuficiente para la recuperaci6n detallada de una superficie

20 pero proporciona suficiente informaci6n para la integraci6n de los datos fotometricos de una manera automatizada. Al hacerlo asi se elimina la necesidad de marcar puntos a mano a traves de las imagenes de entrada y permite un tratamiento mucho mas exacto y oportuno.

Claims (13)

1. REIVINDICACIONES

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

   un dispositivo escaner (1); un objetivo (17) independiente del objeto; y un procesador (21),

   en el que el dispositivo escaner (1) es un dispositivo manual y comprende: un emisor (13) para proyectar un juego de luces sobre el objeto; y un sensor (12) para capturar imagenes del objeto,

   en el que el objetivo (17) tiene caracteristicas geometricas predeterminadas, visibles para el sensor (12) simultaneamente con el objeto, en el que el procesador (21) esta adaptado para determinar la localizaci6n del sensor (12) con respecto al objeto,

   en el que el procesador (21) esta preparado, cuando se usa, para generar datos geometricos, que comprende un modelo tridimensional del objeto, basandose en las imagenes del objeto con el juego de luces proyectado sobre el por el emisor (13,

   en el que el dispositivo escaner (1) comprende ademas una fuente de luz (14) para iluminar direccionalmente el objeto, y el sensor (12) esta preparado para capturar imagenes fotometricas del objeto iluminado por la fuente de luz (14),

   en el que el procesador (21) esta preparado, cuando se usa, para generar un conjunto de imagenes fotometricas del objeto cuando esta iluminado desde diferentes direcciones por la fuente de luz (14), y

   en el que el procesador (21) esta prepaardo, cuando se usa, para combinar los datos geometricos, el conjunto de imagenes fotometricas y la localizaci6n del sensor con respecto al objeto para cada imagen fotometrica, mediante un proceso de rectificaci6n, para obtener un modelo que comprende informaci6n geometrica del objeto junto con informaci6n fotometrica espacialmente registrada con la informaci6n geometrica.

2. 2.

   Un sistema de escaner segun la reivindicaci6n 1, que comprende un filtro aplicado por el procesador (21) para combinar los datos geometricos y los datos fotometricos, en el que preferiblemente el filtro comprende un filtro de Wiener.

3. 3.

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

   (14) se posiciona en, o adyacente a, el sensor (12) para iluminar el objeto desde sustancialmente la misma direcci6n desde la que es visto por el sensor (12).

4. 4.

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

5. 5.

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

6. 6.

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

   (605) esta preparado para ser situado sobre el objeto.
7. 7. Un sistema de escaner segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el objetivo

   (605) tiene una abertura (611) a traves de la cual se puede ver el objeto.

8. 8.

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

9. 9.

   Un sistema de escaner segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que al menos una porci6n del objetivo (17) es de reflexividad predeterminada.

10. 10.

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

    (21) esta preparado para proporcionar informaci6n al usuario del sistema con respecto al menos una direcci6n desde la cual se captura una imagen adicional del objeto basandose en los datos geometricos y/o en los datos fotometricos generados a partir de las imagenes previas.
11. 11. Un sistema de escaner segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende solamente un dicho unico sensor (12) para capturar imagenes del objeto.

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

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

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

    5 proporcionar el objeto que va a ser escaneado;

    proporcionar el objetivo en una posici6n fija con respecto al objeto; y capturar simultaneamente imagenes del objeto y caracteristicas del objetivo usando el sensor;

    determinar la localizaci6n del sensor (12) con respecto al objeto basandose en las imagenes capturadas;

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

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

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

    generar un conjunto de imagenes fotometricas para el objeto cuando se ilumina desde diferentes direcciones por la fuente de luz (14); y

    15 combinar los datos geometricos, el conjunto de imagenes fotometricas y la localizaci6n del sensor con respecto al objeto para cada imagen fotometrica, mediante un proceso de rectificaci6n, para obtener un modelo que comprende informaci6n geometrica del objeto junto con informaci6n fotometrica espacialmente registrada con la informaci6n geometrica.
12. 13. Un metodo segun la reivindicaci6n 12, que comprende ademas mover el sensor (12) y la fuente de luz (14)

    20 entre la captura sucesiva de imagenes, que ademas comprende, preferiblemente, proporcionar informaci6n a un usuario del metodo sobre al menos una direcci6n desde la que se captura una imagen adicional del objeto basandose en los datos geometricos y/o los datos fotometricos generados a partir de las imagenes previas.
13. 14. Un metodo segun la reivindicaci6n 12 6 13, que comprende repetir todas las etapas para perfeccionar iterativamente el modelo de salida.

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