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新型 3D 視覺技術——應對機器視覺的挑戰(zhàn)

更新時間:2021-11-20 17:14:25 瀏覽次數(shù):1082
3D 視覺技術必須發(fā)展并適應不斷變化的市場條件——尤其是在加速變化的時期,例如新冠疫情的全球爆發(fā)幾乎改變了生活的方方面面。不同類型的 3D技術適合不同行業(yè)的不同任務和應用。無論是立體視覺、激光三角測量、結構光、飛行時間 (ToF) 還是其他技術,3D成像技術正在不斷發(fā)展并擴展到更多的市場,幫助最終用戶和原始設備制造商解決新的具有挑戰(zhàn)性的成像問題。



利用3D區(qū)域掃描技術



由于COVID-19疫情的爆發(fā),人們以前所未有的需求轉向電子商務平臺,對涉及物流、倉儲和包裝的公司提出了巨大的挑戰(zhàn),這些公司被迫不斷地擴大運營規(guī)模和業(yè)務。很多物流和倉儲應用程序——包括貨物的交付、倉儲和包裝,在很大程度上依賴于各種類型的3D 成像技術。



“貨箱揀選應用程序需要實施區(qū)域掃描和3D點云。盡管貨箱揀選可以說是最廣為人知的事實,但它卻是最難實施的 3D 類型之一! Integro Technologies公司首席視覺系統(tǒng)架構師 David Dechow 說,“目前,大多數(shù)貨箱揀選還不能滿足所有客戶的需求,因為它需要極高的速度、隨機揀選,并且需要機器人像人一樣移動。”



使用飛行時間計算和測量



雖然立體視覺和結構光等區(qū)域掃描 3D 技術可能有助于貨箱揀選應用,但飛行時間 (ToF) 技術更有助于完成諸如測量和計算箱子尺寸之類的任務。



LUCID Vision Labs的新型 Helios2 ToF 相機針對物流、物料搬運和機器人應用,與舊版本的Helios相比,新型相機的透光率提高2.5倍,3D精度提高了50% 以上?蛻舻男枨笫窃摴静粩嗤黄萍夹g極限的動力。 LUCID公司創(chuàng)始人兼總裁 Rod Barman 表示:“考慮到這一點,我們將最新技術融入設計的產(chǎn)品以適應當前和未來潛在的應用挑戰(zhàn),例如尺寸測量、機器人和 AGV!



對于康耐視而言,物流領域中3D應用的最大需求是盒子尺寸標注,尤其是當零件在運動中移動時。過去,在此類應用中,通常采用多個激光器和一個外部攝像頭有助于捕獲圖像。但是,現(xiàn)在通過類似于3D-A1000的系統(tǒng),將2D和3D結合在一起的智能相機可以從web界面快速標注尺寸。



康耐視3D 產(chǎn)品高級總監(jiān)兼業(yè)務部門經(jīng)理 John Keating 解釋說,“使用A1000系統(tǒng)可以簡化設置。這是一個基于網(wǎng)絡的界面,但它仍然是一個In-Sight 攝像頭,它提供了一個簡單的設置演練!3D的應用部署越容易,人們對 3D的擔憂就越少。



Keating 表示,隨著客戶在3D-A1000上取得成功,物流領域開辟了新的 3D 應用程序,例如在經(jīng)典的空托盤場景中定位物體,這在很長一段時間內(nèi)一直是一個困難的應用。



對于Matrox Imaging公司3D傳感器產(chǎn)品經(jīng)理 Mathieu Larouche 而言,傳統(tǒng)應用,例如用于揀箱和碼垛的視覺引導機器人以及箱子尺寸測量,也是 3D 成像背后的重要驅動力。為了讓客戶更輕松,Matrox公司還積極參與對GenICam的GenDC模塊的支持,旨在標準化 3D 相機/傳感器和應用軟件之間的組件數(shù)據(jù)交換。



就市場的潛在影響而言,Larouche認為,3D成像的一個潛在的有趣領域是將深度學習應用于3D成像,以推廣后者的使用。



周期時間的注意事項



包裝應用也越來越多地依賴于3D視覺,CapSen Robotics公司首席執(zhí)行官 Jared Glover 表示,但最終用戶和OEM廠商必須預先考慮周期時間需求,以避免出現(xiàn)任何問題。



在許多3D視覺引導的機器人應用中,機器人在每次取貨或放貨時的移動方式是不同的,比如說,與重復相同動作的機器人相比,3D視覺引導機器人的周期時間不會太穩(wěn)定,這就是為什么在生產(chǎn)線設計中考慮這個因素很重要。應該在揀選機器人前后建立額外的緩沖區(qū),或者如果需要在沒有偏差的情況下達到一定的周期時間,應該增加額外的機器人作為冗余。



該公司設計其 CapSen PiC 貨箱揀選產(chǎn)品時就考慮了這些周期時間。該系統(tǒng)使用高度加速的專有 GPU 數(shù)學庫以及并行圖像處理和運動控制,在傳統(tǒng) 6 軸機器人上實現(xiàn)低至兩秒的循環(huán)時間。



“考慮這樣一個場景,箱子里裝滿了瓶子,不得不處理傾斜之類的問題,” Keating說,“當瓶子四處移動時,2D 視覺會出現(xiàn)問題,但 3D 視覺提供了理解深度的能力。” 與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比,康耐視全新的 In-Sight 3D-L4000 嵌入式視覺系統(tǒng)能使用戶將視覺工具直接用于元件的3D圖像,可提供更高的準確性,從而擴展了可以執(zhí)行的檢測類型。



康耐視在幫助客戶如何快速解決包裝問題的方面看到了巨大的潛力。例如,在客戶需要看到較低層級混合的特定區(qū)域下方的情況下,3D 成像解決了這個問題。



軟件為工廠內(nèi)外打開新的大門



在可能被認為是傳統(tǒng)機器視覺之外的一些應用也受益于3D視覺。以鐵路檢測為例。高速、持續(xù)振動和惡劣的環(huán)境條件可能使3D鐵路檢測應用變得困難。但是,如果安裝正確,檢查軌道輪廓和輪輞的磨損和損壞將有助于防止事故,并確保安全和可靠的運行。這是Photonfocus公司基于三角測量的相機的一個流行應用,它使用外部激光器和單獨的相機,而不是一個集成單元。



Photonfocus為此類應用提供了一些特定優(yōu)勢,包括名為 LinLog的相機內(nèi)固件功能,該功能允許相機實時執(zhí)行高動態(tài)范圍成像。使用 LinLog用戶可以同時擁有明亮和黑暗的條件,該技術提供可用于檢查目的的平均圖像。



檢測多個激光線輪廓是一項復雜的檢測任務。Photonfocus 通過其 Multipeak Linefinder 算法提供此功能。例如,當激光束經(jīng)過鏡面反射時,它會四處反彈,形成一條主線和許多次要線。Photonfocus 算法可幫助 OEM 找到合適的激光線以進行檢查。



“我們在 3D 算法方面擁有豐富的經(jīng)驗,總是根據(jù)客戶的需求改進它們,” Photonfocus公司固件/設計主管 Reto Lienhardt 說,“例如,在掃描金屬或玻璃時,反射的固有問題可以在算法中解決。這是我們?yōu)榭蛻舨⑿袡z測多條線路的主要原因之一,也是為什么我們的 3D 解決方案與其他幾個市場一起部署到鐵路檢測中的原因!



對于想要開發(fā)自己的專用 3D 成像系統(tǒng)的機器制造商和系統(tǒng)集成商,Euresys公司的 Open eVision 軟件中包含的 Easy3D 庫等軟件工具可以幫助其開發(fā) 3D 機器視覺檢測應用程序。例如,如果客戶希望使用投影到移動表面上的一條或兩條激光線來實施 3D 成像系統(tǒng),則需要提取激光線,然后將其轉換為高度圖或 3D 點云,這是 3D 處理和分析所需的,該公司美洲銷售和支持副總裁 Mike Cyros 解釋說。



“除了 Easy3D 軟件庫之外,Euresys 還通過我們的 Coaxlink Quad 3D-LLE 圖像采集卡為此類應用提供現(xiàn)成的硬件,它可以自動、即時地從 CoaXPress 相機中提取激光線,”他說!拔覀儾皇翘峁┩暾墓潭üδ 3D 解決方案,而是為客戶提供必要的構建塊,讓他們能夠更輕松地構建自己的 3D 視覺系統(tǒng)。”Easy3D 軟件和 Coaxlink Quad 3D-LLE 為系統(tǒng)開發(fā)人員提供了易于使用的廣泛功能。



不斷向前發(fā)展的3D 成像技術



3D成像技術繼續(xù)發(fā)展,并可能達到拐點。John Keating建議,人們會開始將3D視為一個通用術語,指的是以不同方式創(chuàng)建3D圖像的不同設備的集合,就像有以不同方式創(chuàng)建2D圖像的2D相機一樣。



“3D不能被視為一種單一類型的技術,因為我們有基于激光的方法、飛行時間、立體視覺等類型!彼f,“我認為人們開始動搖他們對 3D 的先入為主的觀念,并將開始以與 2D 更相似的方式思考它!




甚至有些時候 3D 成像技術的名稱也不盡相同。許多公司在市場上不會以相同的名稱來稱呼他們的產(chǎn)品,但使用其他名稱的解決方案仍然可以提高生產(chǎn)率,這才是最重要的。

(來源:中智網(wǎng))