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Progetti

Progetti di ricerca accademica e industriale

(i più recenti)

3-DARE - 3-Dimension Aerial object REconstruction

I velivoli senza pilota (UAV o, più comunemente, droni) sono utilizzati ormai per numerosissimi fini applicativi. Il successo del loro impiego è principalmente dovuto alla possibilità che offrono di ottenere, a costi estremamente ridotti, viste "aeree" praticamente di ogni luogo e ad elevata risoluzione, grazie alla loro agilità di movimento ed alle ridotte dimensioni (gli ultimi modelli ultra-compatti sono in gradi di volare anche in interno). Non vi è dubbio, comunque, che i droni non siano ancora sfruttati al massimo delle loro possibilità in quanto, nella maggior parte delle applicazioni, il flusso di immagini è utilizzato solo per scopi visivi o, al massimo, per analisi di immagini 2D (ad esempio, rilevamento di oggetti o misure planari). Infatti, è noto che avere a disposizione informazioni su oggetti ripresi da diversi punti di vista consente di poter ottenere una ricostruzione 3D dell'oggetto, ad esempio attraverso algoritmi SLAM (Simultaneous Localization And Mapping). Ciò che finora ne ha limitato l'utilizzo, per applicazioni pratiche, è stata l'instabilità numerica degli algoritmi e la loro necessità di notevoli risorse computazionali.
Il Progetto 3-DARE ha come obiettivo lo sviluppo di un software in grado di realizzare ricostruzioni virtuali 3D accurate di qualsiasi ambiente, naturale o urbano, sfruttando esclusivamente le informazioni visuali (immagini) inviate dal drone. Questo risultato è ottenuto utilizzando un processore quad-core, una GPU, e l'ottimizzazione in hardware. Eventuali sensori aggiuntivi (inerziali, magnetici, ecc.) disponibili a bordo UAV vengono sfruttati per una ricostruzione in real-time, o per migliorare l'accuratezza della ricostruzione 3D finale. Quindi, i nostri algoritmi di analisi di immagine vengono applicati sulla ricostruzione 3D della scena.
Il successo di 3-DARE è dovuto principalmente all'esperienza del CVG nell'ambito dell'imaging satellitare, accumulata a partire dal primo algoritmo SLAM, sviluppato nel lontano 2007 nel Progetto STARS, e successivamente raffinato nell'ambizioso e difficile Progetto ASIMO.
Il Progetto 3-DARE è parzialmente finanziato da un'industria italiana.
3DVirBone - Costruzione di un modello 3D CAD Virtuale di osso tramite scansione laser a Bassa potenza e videocamera

L'innovazione tecnologica in ortopedia ha come obiettivo la chirurgia di precisione, che include l'utilizzo di impianti protesici personalizzati, ottenuti a partire dalle immagini diagnostiche standard del singolo paziente, dalle forme tridimensionali disegnate e realizzate sulla base degli specifici difetti osteocartilaginei. Seppure siano stati fatti significativi passi aventi in questa direzione, vi sono tutt'ora un elevato numero di fallimenti principalmente dovuti alla mancata corrispondenza geometrica tra la singola specifica articolazione e la protesi artificiale impiantata. Ciò risulta ancora più evidente per le piccole articolazioni quali polso, gomito, spalla e caviglia. D'altra parte, la ricostruzione 3D di oggetti mediante triangolazione laser ha trovato ampia applicazione anche nel campo biomedicale, ed esistono dispositivi in grado di effettuare in maniera rapida la scansione degli oggetti più comuni. Tuttavia, la scansione di oggetti caratterizzati da un alto potere diffusivo, quali il tessuto osseo non consente, a tutt'oggi, di ottenerne una rappresentazione fedele e accurata.
L'obiettivo del Progetto 3DVirBone è la realizzazione di un sistema innovativo, ad elevata accuratezza, basato su videocamera e laser a bassa potenza, in grado di scansionare in tempo reale un segmento di osso grezzo e fornirne un modello virtuale 3D CAD, che sarà successivamente utilizzato per la sagomazione della protesi tramite un braccio robotico operante in camera bianca. Ciò sarà possibile grazie a specifiche tecniche di analisi locale e "pulizia" del segnale, sviluppate nel corso degli anni dal CVG, che consentono di estrarre informazioni in tutti i casi in cui queste sono difficilmente identificabili (ad esempio, in caso di scarsa illuminazione, in cui si producono immagini monocromatiche a basso contrasto oppure, al contrario, di fenomeni riflettenti e diffusivi, così come accade in ambiente industriale non controllato).
La realizzazione di questo sottosistema si inserisce nel contesto del più ampio Progetto "Custom Implants", recentemente approvato dalla Regione Emilia Romagna e classificatosi al primo posto su un totale di oltre 90 progetti presentati.
Il Progetto è cofinanziato dal Fondo europeo di sviluppo della Regione Emilia Romagna.
PERFECT - Analisi automatica dei parametri di PERFusione Epatica e polmonare attraverso la ricostruzione di immagini CT-4D

La Tomografia Computerizzata (TC) è nata per fondere assieme le potenzialità diagnostiche della radiologia e quelle dell'elaborazione digitale, proprie dei computer. La TC a 256 slice, di ultima generazione, offre, rispetto alle TC di precedente generazione, la possibilità di studiare volumi più ampi in tempi ridotti, consentendo di ottenere una migliore resa, per risoluzione e definizione, soprattutto a livello di strutture vascolari, riducendo inoltre la dose di radiazioni a cui viene esposto il soggetto. Lo studio perfusionale rappresenta un valido strumento per la valutazione dell'efficacia delle terapie dirette a bloccare la vascolarizzazione tipica delle lesioni tumorali. Questo consentirebbe di valutare già in fase precoce (dopo il primo ciclo di terapia) se la neoangiogenesi tumorale si riduce, senza attendere i cambiamenti dimensionali, che avvengono più tardivamente.
Il Progetto PERFECT si pone come obiettivo lo sviluppo di una metodologia basata sull'analisi assistita di una sequenza temporale di immagini TC 3D in grado di consentire una valutazione quantitativa, o semiquantitativa, dell'efficacia del trattamento delle lesioni epatiche e polmonari attraverso l'analisi dell'evoluzione temporale di alcuni parametri (radiometrici, geometrici, statistici, ecc.) estratti da regioni di interesse della lesione, acquisite in un tempo ridotto ed identificate da un radiologo esperto. Il loro tracciamento attraverso le sequenze di immagini acquisite durante l'esame di TC dinamica, eseguita con mezzo di contrasto, consente di misurare i diversi parametri perfusionali necessari per quantificare le modifiche nell'angiogenesi e, conseguentemente, l'efficacia della terapia. Tutti gli algoritmi sono concepiti per architetture distribuite SIMD/MIMD ad elevate prestazioni, in modo da consentire l'analisi in tempo reale anche di sequenze di immagini 3D.
Il Progetto è finanziato congiuntamente dall'IRCCS - Istituto Scientifico Romagnolo per lo Studio e la Cura dei Tumori (IRST) e dall'Università di Bologna.
STAMINAL - Caratterizzazione di cellule STAminali tramite supporto per l'analisi autoMatIca delle immagiNi microscopiche in terApia pre-cLinica

Le patologie respiratorie acute e croniche (quali, ad esempio, l'enfisema e la fibrosi polmonare) sono oggi sempre più diffuse, a causa anche dello stile di vita (il fumo di sigaretta) e dell'aumento dell'inquinamento urbano, e rappresentano oggi la terza causa di morte dopo i tumori e le malattie cardiocircolatorie, inducendo inoltre rilevanti problemi di carattere socio-sanitario. Le cellule staminali polmonari normali offrono una nuova opportunità in medicina rigenerativa per applicazioni cliniche nella cura di patologie degenerative croniche, tra cui la Fibrosi Polmonare Idiopatica (IPF).
Il Progetto STAMINAL costituisce un supporto agli studi in corso di caratterizzazione biomolecolare e dei meccanismi di proliferazione e differenziamento di cellule staminali tumorali polmonari e di IPF. In particolare, questo progetto si propone di sviluppare uno strumento per l'analisi automatica in coltura di cellule staminali polmonari normali o aberranti (tumorali o di IPF). Il monitoraggio e la valutazione di colture cellulari arricchite in cellule staminali polmonari normali mediante visualizzazione al microscopio senza ulteriori manipolazioni da parte dell'operatore consentirà il loro utilizzo nel rispetto delle Good Manufacturing Practice (GMP) a scopo di trapianto.
Il Progetto è finanziato congiuntamente dall'IRCCS - Istituto Scientifico Romagnolo per lo Studio e la Cura dei Tumori (IRST) e dall'Università di Bologna.
ASIMO - Analisi di Sequenze di Immagini di Mercurio da sonda Orbitante

Il Progetto ASIMO si inserisce nel contesto della missione BepiColombo dell'Agenzia Spaziale Europea (ESA), finalizzata all'esplorazione di Mercurio, ed è parte del Progetto MORE (Mercury Orbiter Radioscience Experiment), uno dei due esperimenti finanziati dalla Agenzia Spaziale Italiana (ASI). Il Progetto MORE ha tra i propri obiettivi la determinazione dello stato fisico del nucleo di Mercurio, sulla base dell'analisi del suo stato rotazionale. Lo stato rotazionale di un corpo celeste è caratterizzato dalla sua obliquità e dalle sue librazioni. L'obliquità è data dall'ampiezza angolare tra la normale al piano orbitale del pianeta e la direzione del suo asse di rotazione. Le librazioni fisiche sono caratterizzate, nel caso di Mercurio, da un movimento longitudinale (che prende la forma di un'onda sinusoidale), sovrapposto al movimento nominale di rotazione del pianeta. Questo comportamento è dovuto all'effetto del gradiente di gravità del Sole che induce una librazione forzata la cui massima ampiezza all'equatore è di 400m. Per stimare lo stato rotazionale di un qualsiasi corpo del sistema solare, è possibile, in linea di principio, usare complessi modelli dinamici in cui le funzioni di fitting sono molto generali, in modo che possano essere considerati tutti i possibili stati dinamici. L'accuratezza, tuttavia, in questo caso non è soddisfacente.
Come parte del Progetto MORE, l'obiettivo del Progetto ASIMO è il calcolo della librazione di Mercurio. In particolare, per lo studio dello stato rotazionale di Mercurio in ASIMO, si sfrutta la particolare geometria del problema, che permette l'implementazione di un metodo più accurato, in cui il problema della stima viene affrontato in due passaggi successivi. Dapprima, si stima l'obliquità e, solo successivamente, usando l'informazione residua si stima l'ampiezza della librazione, attraverso il confronto tra coppie di immagini ottiche, acquisite in tempi differenti, che mostrano, almeno in parte, la stessa regione del pianeta. Dalla zona di sovrapposizione siamo in grado di estrarre le invarianti che consentono di ricavare, con accuratezza sub-pixel, i parametri della trasformazione geometrica tra le due viste, da cui si possono infine determinare in modo completo le tre componenti della librazione.
Come parte del Progetto MORE, il Progetto ASIMO è finanziato dall'Agenzia Spaziale Italiana (ASI).
AUTOBEAM - AUtomatic real Time system tO test vehicle headlamp BEAMs

Questo progetto affronta il problema dell'analisi di immagini ad elevato range dinamico e la metrologia ad immagini. L'obiettivo del Progetto AUTOBEAM è quello di caratterizzare, sia da un punto di vista geometrico (il profilo) sia fotometrico, la distribuzione luminosa del fascio di luce emesso da diversi proiettori di veicoli e proiettato sul pannello di un provafari (dispositivo usato durante il collaudo del veicolo), per verificarne il corretto funzionamento ed in particolare la conformità dei parametri del fascio, in termini di accuratezza, secondo quanto richiesto dalla regolamentazione europea. La elevata accuratezza nell'allineamento del veicolo è ottenuta attraverso la ricostruzione 3D in tempo reale della traiettoria del veicolo mentre si avvicina al provafari, utilizzando marker 3D nativi e un algoritmo per la corrispondenza di caratteristiche sparse in 3D, con stereoscopia. Dopo l'allineamento, è stata impiegata un sensore commerciale CCD, a basso costo. Ricostruendo sperimentalmente la funzione di risposta della videocamera, è stato possibile sviluppare un algoritmo di segmentazione adattivo in grado di effettuare accurate misurazioni del profilo luminoso del fascio secondo quanto percepito dall'occhio dell'operatore.
Il nostro sistema rappresenta il primo prototipo industriale che impiega un sensore CCD a basso costo per valutare automaticamente la conformità dei parametri del fascio luminoso di un proiettore di veicoli rispetto alla regolamentazione europea.
Il Progetto è stato finanziato del Programma Regionale per la Ricerca Industriale, l'Innovazione e il Trasferimento Tecnologico (PRRIITT) della regione Emilia Romagna. (Simpesfaip S.P.A.).
STARS - Standalone Three-Axis spacecraft oRientation Sensors

Il Progetto STARS, condotto assieme al Dipartimento di Ingegneria delle Costruzioni Meccaniche, Nucleari, Aeronautiche e di Metallurgia (DIEM), si propone di studiare, progettare e realizzare un sensore di assetto per satelliti capace di fornire come uscita l'orientamento (assetto) del sistema di riferimento assi corpo, rispetto ad un sistema di riferimento inerziale. La proprietà caratterizzante questo sensore è quella di poter fornire la suddetta soluzione completa d'assetto indipendentemente dalla presenza di altri sensori. Allo stato dell'arte, invece, sono i cosiddetti sensori stellari (star trackers, star cameras) a ricostruire l'assetto del satellite confrontando una fotografia del cielo stellato, ripresa da una camera fissata rigidamente alla struttura del satellite, con un catalogo di stelle immagazzinato nella memoria di bordo. L'idea innovativa alla base del Progetto STARS è quella di proporre un sensore d'assetto autonomo a tre assi di nuova concezione, in cui l'informazione venga acquisita solo tramite ripresa di immagini della superficie terrestre. La sfida è quella di riuscire, con il nostro algoritmo per la stima della posa basato sulla registrazione di immagini, a misurare gli angoli di Eulero dell'assetto di un satellite in orbita bassa (LEO) con l'accuratezza richiesta (1 arcsec).
STARS è un Progetto Strategico finanziato dall'Università di Bologna.
ENVISAGED - ENvironmental 3D VIdeo SurveillAnce throuGh distributEd Devices

L'aumentata disponibilità di potenza di calcolo su architetture PC ed embedded ha aperto le porte alla possibilità di elaborare in 3D ed in tempo reale scene affollate, in cui l'ambiente sorvegliato è completamente coperto da una rete di telecamere "debolmente" sincronizzate. Il Progetto ENVISAGED si propone di sfruttare l'esperienza acquista dal CVG nel tracciamento di persone e nell'analisi in 3D, effettuata con coppie di telecamere e stereoscopia, per sviluppare un sistema di tracciamento di persone per aree estese. Il sistema di rete di telecamere è in grado di auto-calibrarsi ed il nucleo del progetto è la tecnologia di tracciamento di persone che abbiamo sviluppato. Sull'output del nostro modulo sarà costruito, da altre due unità, un sistema di analisi del comportamento ed un efficace sistema di decision-making. Una piccola impresa svilupperà il prodotto commerciale ed un'azienda leader nel settore della sicurezza si occuperà di portare il prodotto sul mercato.
DERMOCAL - DEvice for skin suRface MOrphologiCal anALysis

L'analisi automatica di immagini e sequenze gioca un ruolo fondamentale nella maggior parte dei sistemi di visione artificiale nell'ambito del settore medicale. La valutazione di patologie e trattamenti è spesso affidata completamente all'analisi visiva, non quantitativa, a causa anche delle obiettive difficoltà nello sviluppo di sistemi di valutazione automatici, o assistiti, in un settore critico qual è quello della salute degli individui. L'obiettivo del Progetto DERMOCAL è quello di sviluppare un dispositivo compatto, portatile e a basso costo, in grado di effettuare automaticamente, in vivo ed in maniera routinaria, misurazioni relative alla superficie cutanea finalizzate a quantificare i cambiamenti della struttura topologica in trattamenti dermatologici e cosmetici. Il sistema proposto è basato su un dispositivo capacitivo di circa 2 cm2 di superficie. Sono stati impiegati metodi avanzati per la elaborazione ed analisi di immagine per estrarre numerose caratteristiche della struttura topografica 3D della cute. L'accuratezza ottenuta nelle misure di larghezza e profondità dei microrilievi cutanei rende il nostro sistema adatto a quantificare i cambiamenti della superficie cutanea e, conseguentemente, ad essere impiegato in studi comparativi di follow-up in dermatologia e dermocosmesi.
DERMOCAL è stato parzialmente finanziato dall'Università di Bologna.
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