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  • 3D技術解決機器視覺問題

    2016-07-01新聞資訊

    當前機器視覺主流的檢測手段還是依賴2D相機,即從灰度圖中提取被測物特征,在X-Y平面內進行測量。當遇到需要高度測量或需要Z方向信息,如需要測高度、測深度、測厚度、測平面度、測體積、測磨損等情況時,2D視覺往往無能為力。甚者在被測物灰度圖像對比度較差,無法準確提取被測物特征值時,往往可以考慮通過高度分割進行特征提取并測量,這時,3D視覺技術就成為解決機器視覺問題的重要檢測手段。

      結構光三角測量法原理
      3D視覺技術的原理之一是結構光三角測量法。這個模型中主要包括2D相機、鏡頭、激光器、標定算法等內容。主要利用2D相機中拍攝到的激光線形變,通過三角公式即可獲取被測物的高度信息。原理圖如圖1所示:

      結構光三角測量法安裝方式
      結構光三角測量法的安裝方法是一個重要影響因素,目前市場上流行的方法是激光線直射被測物,2D相機與激光器成一定角度(即測量角)拍攝,如圖2所示。

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      2D相機的分辨率、安裝的測量角都會影響到Z向分辨率。2D相機分辨率越大,Z向分辨率就越大,但由于輸出了過多的無用數據,會影響到掃描速度的提高;測量角越大,Z向分辨率也越大,但盲區也會越大。因此,搭建3D視覺系統時,需要綜合考慮被測物實際情況,選擇合適的相機和安裝方法。
      除2D相機和測量角外,激光器的光束質量也是影響測量精度的主要因素。選擇一個非高斯光束和均勻度好的激光器,對于提高測量精度非常重要,如圖3所示。

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      3D視覺技術方案
      目前市場上流行有三種3D視覺技術方案:第一種方案是使用2D相機、鏡頭、激光器等視覺組件,及標定算法搭建3D視覺系統,如圖4,圖5所示。

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      標定算法可以使用Halcon在PC機上實現,也可以使用SiliconSoftware的VD4卡在板卡上實現,降低PC機CPU負載。此種方案安裝靈活,成本較低,但對技術人員水平要求較高,系統開發周期長。
      第二種方案是使用分體式3D相機、鏡頭、激光器等視覺組件搭建,如圖6所示。

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      標定算法在3D相機上實現,相機直接輸出被測物高度數據和灰度數據,減小無用數據輸出,從而可以得到2D相機無法實現的高幀率。此種方案安裝靈活,掃描速度較高,成本適中,開發周期相對第一種方案較短,適合于高精度和高速3D測量領域。
      第三種方案是直接使用一體式3D傳感器Gocator產品,如圖7所示。

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      該3D傳感器把2D相機、鏡頭、激光器、標定算法集成在一起,出廠前標定完畢,開箱即可用于測量,開發周期較短;外形緊湊,封裝等級較高,適合于需要短時間內完成,對成本控制不嚴格,相機安裝空間小,環境惡劣的項目。第三種方案因為降低了技術人員前期的系統搭建要求,技術人員完全可以把精力用在后期的3D圖像處理上,因此是目前最流行的一種方案。
      PCB板管腳是否缺失,或者短缺。使用1只一體式3D傳感器——Gocator2330。視野范圍:70mm,針腳高度:3mm,針腳直徑:0.3mm,精度要求:0.03mm,如圖8所示。

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      總之,隨著機器視覺領域測量技術的多元化發展,3D視覺技術必將成為一種重要的檢測手段。
      自從大恒圖像推出3D產品Gocator后,3D視覺技術在中國越來越受到歡迎和重視。大恒圖像是機器視覺領域內最大的3D產品提供商,可以提供包括3D視覺組件,分體式3D相機,一體式3D傳感器在內的一整套完整3D視覺技術方案。近年來,3D視覺領域的市場容量也在快速增加,相信3D市場必將成為機器視覺的一個主流的重要檢測手段。???????

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