Protocollo di fotogrammetria facciale¶
In questa sezione l’utente troverà un pratico protocollo di scansione facciale 3D mediante la tecnica della fotogrammetria.
Non si tratta di un documento dettagliato, ma di una piccola guida per coloro che desiderano entrare nel campo della fotogrammetria o che hanno difficoltà a svolgere i loro test o lavori legati a questa tecnica.
Importante
Lo scopo di questo documento è quello di affrontare la scansione del volto per la chirurgia ortognatica e la pianificazione della rinoplastica. Se si desidera adottare un altro approccio, come la scansione completa del viso, il materiale qui esposto potrebbe non essere applicabile.
Come riprendere il soggetto¶
Il modo in cui vengono scattate le foto definisce il successo o il fallimento del processo di scansione del volto.
Vista dall’alto con gli scatti fotografici.
Le fotografie devono includere un campo di 90 gradi tra il primo e l’ultimo scatto da un punto di vista dall’alto (Fig. 1).
La prima foto (Foto 1) di lato, la successiva che punta sempre al centro del viso fino a raggiungere la zona frontale del viso (Foto 7). Di seguito, lo stesso schema fino all’ultima foto sull’altro lato (Foto 13).
Scatti fotografici inappropriati.
I principianti molto spesso scattano foto di profilo del viso e questo finisce per danneggiare il risultato del lavoro, spesso non generando il modello o compromettendone la qualità.
Rilevamento del naso inappropriato (a sinistra) e ideale (a destra).
Se osserviamo le fotografie in figura 2 (Fig. 2), vedremo chiaramente che una di esse, oltre a nascondere un occhio, ha ancora la regione nasale sporgente.
Nell’altra abbiamo il volume del naso completamente all’interno del viso ed appaiono entrambi gli occhi. Il consiglio è che l’utente parta da un punto in cui questo accade, soprattutto che il naso non sporga dal viso, puntando di lato.
Scatto indesiderato lontano dal viso (sinistra) e scatto ideale chiuso sul viso (destra).
È essenziale che l’immagine venga scattata ben chiusa sul volto, altrimenti il rischio di errori di calcolo aumenterà notevolmente (Fig. 3).
Esempio della distanza ideale del dispositivo fotografico dal viso.
Quando si scatta, la fotocamera può avvicinarsi molto al viso, ma bisogna fare attenzione che nessuna parte del viso sia sfocata.
Altezze ideali per entrambe le sequenze di foto del volto.
Sono necessari due archi fotografici per ottenere una buona area del viso (Fig. 6). Uno degli archi è realizzato all’orizzonte ( Livello 1 ) mentre l’altro è preso circa 35 gradi più in basso ( Livello 2 ) in modo da poter fotografare le vie respiratorie del naso.
Numero di foto e altezza di ciascuna di esse.
Se nell’arco superiore gli scatti 1, 7 e 13 sono i fotogrammi di riferimento, nell’arco inferiore saranno gli scatti 14 (lato), 20 (centro) e 26 (lato opposto). Vedi figura 7 (Fig. 7).
Sequenza di fotografie del viso.
In figura 8 (Fig. 8) abbiamo la sequenza di foto che rispettano il protocollo. In particolare, seguiamo l’osservazione del naso e degli occhi. L’utente non deve preoccuparsi eccessivamente degli angoli presi o anche del viso completamente centrato nelle foto 7 e 20 (l’esempio stesso ha una leggera rotazione). L’essenziale è che le foto non siano troppo distanti tra loro e che lo sfondo sia composto da un muro.
Avvertimento
Se la foto viene scattata in campo aperto, una parte significativa di ciò che si trova dietro il soggetto viene scansionata in 3D!
Illuminazione e preparazione del viso¶
Per garantire il successo della fotogrammetria, è necessario che l’utente conosca i limiti della tecnica, in modo da poter esplorare e utilizzare al meglio l’ambiente a sua disposizione.
Esempio di illuminazione in cui la fotogrammetria ha avuto successo (segno di spunta verde) e non ha avuto successo (X rossa).
Nella figura 9 (Fig. 9) abbiamo una tabella con diverse situazioni di illuminazione. Da un lato gli ambienti esterni ombreggiati, con luce diffusa e maggiore illuminazione da una direzione e dall’altro gli ambienti interni con illuminazione di un solo punto luce.
- AN: Ambiente esterno ombreggiato con forte illuminazione diffusa.
- BN: Ambiente esterno curato con sorgente luminosa alla nostra sinistra.
- CN: Ambiente esterno coperto con scarsa illuminazione alla nostra sinistra.
- DN: Ambiente interno con un punto luce alla nostra destra.
- DN: Ambiente interno con un punto luce debole sulla sinistra.
Le icone accanto alle lettere rappresentano il successo e il fallimento nei tentativi di generare una mesh facciale. Nella parte superiore la maggior parte dei tentativi non ha avuto successo. Questo è successo perché il volto e la cattura delle immagini non hanno ricevuto alcun trattamento.
Nella linea inferiore il test è stato rifatto negli stessi ambienti, ma con due trattamenti:
Viso che riceve un trattamento antiriflesso.
- Il naso ha ricevuto una spolverata di cipria (antiriflesso).
Punti aggiunti per facilitare i calcoli fotogrammometrici da parte dell’algoritmo.
- Piccoli punti sono stati tracciati sul naso ogni 5 mm.
L’acquisizione è stata automatica e solo con questi piccoli cambiamenti quasi tutti i tentativi hanno avuto successo tranne EP. Guardare di nuovo la tabella nella figura 9 (Fig. 9) e confrontare i risultati.
Tuttavia, anche se la soluzione ha portato a risultati positivi nella maggior parte degli ambienti, non ha risolto tutti i casi.
Impostazione manuale ISO e altri elementi per una migliore acquisizione della luce.
Fortunatamente, le fotocamere digitali e gli smartphone (come in questo esempio) hanno una modalità di impostazione di acquisizione manuale mediante la quale l’utente può regolare e migliorare l’esposizione della luce, aumentando così le probabilità di successo nella fotogrammetria.
Avvertimento
L’utente dovrebbe evitare di esercitarsi per imparare la tecnica corretta fotografando i pazienti. Gli viene chiesto di allenarsi con persone vicine o collaboratori e di fotografare i pazienti solo dopo aver superato con successo gli esperimenti.
Come organizzare gli archivi¶
Sequenza di 26 foto copiate nella directory.
I file di fotogrammetria devono essere salvati in una directory contenente solo le foto scattate per tale operazione.
Avvertimento
Non mischiare altre immagini o formati di file con gli scatti per fotogrammetria. Questo può portare ad errori nel processo di scansione 3D!
Letture raccomandate¶
Questa sezione presenta una piccola parte del materiale disponibile in General Protocol for Face Scanning applied to Orthognathic Surgery and Rhinoplasty Virtual Planning - Comparison between Tools, una pubblicazione con dati dettagliati e risultati relativi all’argomento trattato qui.
Ringraziamenti¶
All’insegnante Juecy de Quadros Ferreira e il Dott. Luciano Porto per aver fornito le immagini per gli studi. A Lis Caroline de Quadros Moura e Vanilsa Inez Pagliari per il contributo volontario alla produzione del materiale didattico sulla digitalizzazione facciale per la pianificazione della chirurgia ortognatica e della rinoplastica.