Consiglio Nazionale dell Ricerche

1. Consiglio Nazionale dell Ricerche I E I I T Istituto di Elettronica e di Ingegneria dell’Informazione e delle Telecomunicazioni Gruppo di Visione Artificiale Sistema di Stereo Visione Attiva per la documentazione ed il monitoraggio di superfici architettoniche e affreschi ( Progetto SIINDA - P.N.R. Parnaso ) A. Chimienti(1), P. Grattoni(1), R. Nerino(2), G. Pettiti(1), M. Spertino(1) (1)I.E.I.I.T. - C.N.R., c/o Politecnico di Torino (2)IEN G. Ferraris, Torino

2. Obiettivi del progetto Sviluppo di un sistema per la documentazione e la conservazione delle opere d’arte distribuite sul territorio Requisiti: • Capacita’ di effettuare misure geometriche e colorimetriche correlate nel campo da 2 a 10 m • Trasportabilita’ e capacita’ di operare sia in interni sia in esterni • Capacita’ di elaborare i dati direttamente sul campo • Monitoraggio automatico Risultato: Sistema di Stereo Visione Attiva

3. Il sistema di Stereo Visione Attiva“SVA” Principio di funzionamento La struttura TL1 TL2 WA B M11 M2 M12 T • WA- B/W camera, standard CCIR, 12.5 mm lens; Sensor CCD 756 x 580 pixel. • TL1, TL2, - B/W Digital Camera ; 105 mm; CCD 1536 x 1024 x 14 bit/pixel,Sensitivity up to 4x10-7 lx . TL1 is equipped with filters for CIE x, y, z co-ordinates measurement. • M11, M12, M2 - Rotation stages – MicrocontroleResol.: 1/1000o,VMax=20 o/s . • B-Camera-holder arm, anodised Al,Stereo baseline M11 - M12 = 800 mm.

4. Interfaccia Grafica

5. Volume di Lavoro 6 m 4 m Z = 8 m z Z = 3 m O x • x,y Risoluzione Spaziale @ 8 m: 0.7 mm • Incertezza di misura 3D @ 5 m: 1.1 mm • Localizzazione x,y bersagli @ 8 m: < 70 m y

6. Caso di studio: Teatro Romano di Aosta

7. Immagine WA a bassa risoluzione Distanza media della scena : 4.5 m

8. Immagine TL ad alta risoluzione Distanza bersaglio: 4.5 m Spessore croce: 0.4 mm

9. Immagine WA con Punti Caratteristici sovrapposti

10. WA Stereo coppia TL in condizioni di puntamento

11. TL Left TL Right Ricostruzione 3D da Stereovisione

12. Rappresentazione Wire Frame di punti sparsi 3D

13. Rappresentazione 3D combinata

14. X L a Y Z b Misura colorimetrica

15. Acquisizione di grandi Regioni di Interesse Componenti CIE L*a*b*

16. Immagine mosaico ad alta risoluzione Componente L* - CIE

17. Misure di riferimento: passo 1 Posizionamento del sistema e acquisizione dell’immagine WAin un file di Report WA Image

18. Misure di riferimento: passo 4 L’operatore guida interattivamente le TL a fissare i Punti di Interesse nella scenae avvia le misure richieste. Risultati e parametri di misura vengono salvati nel File di Report Immagine TL File di Report

19. Procedura di riposizionamento : passo 3 SCENA La posizione di riferimento viene recuperata traslando l’ AVS di T and e quindi ruotandolo in modo tale che la WAC fissi lo stesso punto della WAR. La posizione delle lampade e’ ottenuta in modo analogo. AVSR AVSC AVS’ Xc X’ = Xc – T  XR X’ = Xc – T  XR X’ T IC IC

20. Procedura di riposizionamento : passo 4 L’AVS aggiorna la sua posizione finale e avvia l’operazione automatica di monitoraggio seguendo le informazioni contenute nel File di Report RISULTATI Incertezza di riposizionamento dell’ SVA : < 50 mm (in 1 solo passo) Incertezza nel ripuntamento automatico dei Punti di Test: < 1 mm

21. AVS  teodoliti Vista Media Scarto tipo 1 3.90 mm 1.7 mm 2 2.74 mm 1.5 mm 3 3.93 mm 1.8 mm 4.3 m PILLAR 2.2 m 4.5 m 4.5 m 4.5 m Vista 1 Vista 3 Vista 2 Misure Geometriche - Dimensionali In Laboratorio Campione di lunghezza in Invar: 800 mm Misura del Campione in diverse posizioni e orientamenti nel volume di lavoro: Errore medio = 0.31 mm Scarto Tipo = 0.28 mm Sul Campo

22. Misure Colorimetriche In Laboratorio Campioni di colore Misura di 11 campioni ceramici in riflessione a coprire l’intero spettro Tc = 2890 K Errore medio = 1.36 Lab Errore massimo = 3.36 Lab Limite percezione umana = 5 Lab Sul Campo in esterni • Confronto con Spettrofotometro a Contatto RAVA : • Errore medio AVS = 7.8 Lab • Errore medio Colorimetro Campione = 7.0 Lab • Differenze cromatiche tra punti di test: • AVS = 13.6 Lab S. C. RAVA =13.8 Lab

23. Monitoraggio in Laboratorio • Ripetibilita’ nella misura di colore su 5 punti di test (30 ripetizioni): • - Senza riposiz. di AVS e luci: St.dev. = 0.25 Lab • - Con riposizi. di AVS e luci: Errore medio = 0.91 Lab Errore max = 1.16 Lab • - Con riposiz. di Colorimetro PR650 e luci : • Errore medio = 2.38 Lab Errore max = 3.73 Lab • Incertezza nel ri-puntamento di 5 punti di test (30 ripetizioni): • Errore max < 1 mm

24. Conclusioni I vantaggi di AVS rispetto a sistemi concorrenti sono: -   La possibilità di elaborazione dei dati acquisiti direttamente sul campo. -   La possibilità di monitoraggio automatico con un elevato grado di accuratezza nella ripetizione delle condizioni di misura. -   La possibilità di effettuare misure colorimetriche su superfici estese. -   La possibilità di acquisizione e di monitoraggio di molte superfici non altrimenti accessibili senza l’uso di costosi ponteggi. Sviluppi previsti: -    l’utilizzo di luce strutturata per il rilievo dimensionale di superfici senza tessiture -    l'estensione delle capacità di misura del colore ad altre bande spettrali oltre al visibile -    la misura del coefficiente di riflessione spettrale (uso di ottiche diffrattive).