不斷向前發(fā)展的3D成像，融合立體視覺、激光三角測量、結(jié)構(gòu)光、飛行時間等新技術(shù)，將幫助最終用戶和原始設(shè)備制造商解決新的具有挑戰(zhàn)性的成像問題。

3D 視覺技術(shù)必須發(fā)展并適應(yīng)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(shù)適合不同行業(yè)的不同任務(wù)和應(yīng)用。無論是立體視覺、激光三角測量、結(jié)構(gòu)光、飛行時間 （ToF） 還是其他技術(shù)，3D 成像技術(shù)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(shè)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(shù)

由于 COVID-19 疫情的爆發(fā)，人們以前所未有的需求轉(zhuǎn)向電子商務(wù)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(wù)。很多物流和倉儲應(yīng)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(shù)。

“貨箱揀選應(yīng)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(gòu)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(jié)構(gòu)光等區(qū)域掃描 3D 技術(shù)可能有助于貨箱揀選應(yīng)用，但飛行時間 （ToF） 技術(shù)更有助于完成諸如測量和計算箱子尺寸之 類的任務(wù)。

LUCID Vision Labs 的新型 Helios2 ToF 相機針對物流、物料搬運和機器人應(yīng)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。客戶的需求是該公司不斷突破技術(shù)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(shù)融入設(shè)計的產(chǎn)品以適應(yīng)當前和未來潛在的應(yīng)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(lǐng)域中 3D 應(yīng)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(yīng)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(jié)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(wù)部門經(jīng)理 John Keating 解釋說，“使用 A1000 系統(tǒng)可以簡化設(shè)置。這是一個基于網(wǎng)絡(luò)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(shè)置演練。”3D 的應(yīng)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(lǐng)域開辟了新的 3D 應(yīng)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(yīng)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(yīng)用，例如用于揀箱和碼垛的視覺引導(dǎo)機器人以及箱子尺寸測量，也是 3D 成像背后的重要驅(qū)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(yīng)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(lǐng)域是將深度學習應(yīng)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(yīng)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(yù)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(dǎo)的機器人應(yīng)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(fù)相同動作的機器人相比，3D 視覺引導(dǎo)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(shè)計中考慮這個因素很重要。應(yīng)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(yīng)該增加額外的機器人作為冗余。

該公司設(shè)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(shù)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(fù)雜的檢測任務(wù)。Photonfocus 通過其 Multipeak Linefifinder 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(shè)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(yīng)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(zhuǎn)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(yīng)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。“我們不是提供完整的固定功能 3D 解決方案，而是為客戶提供必要的構(gòu)建塊，讓他們能夠更輕松地構(gòu)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(shù)

3D 成像技術(shù)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(shù)語，指的是以不同方式創(chuàng)建 3D 圖像的不同設(shè)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(shù)，因為我們有基于激光的方法、飛行時間、立體視覺等類型。”他說，“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(shù)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。

責任編輯：haq