利用3D表面定向，特別是它對反射光的影響，工業(yè)應(yīng)用的光度立體產(chǎn)生對比度圖像，突出了局部3D表面變化。

由于有了專門的新算法，人們越來越意識到良好的照明對于機器視覺的成功的必要性，以及低成本的多光解決方案，這項技術(shù)越來越受到關(guān)注。

光度立體技術(shù)可以在合成皮革等紋理表面上顯示表面缺陷。

真實世界的物體有三個維度：高度，寬度和深度。為了使機器人等自動化系統(tǒng)成功運行，他們需要能夠“看到”這三個維度。它們通過機器視覺系統(tǒng)提供這種“視覺”功能，其包括相機，照明和用于圖像處理的PC。

然而，減少必須處理正確定位和分析對象數(shù)據(jù)量是機器視覺行業(yè)面臨的最重要的挑戰(zhàn)之一。

為了縮小數(shù)據(jù)，機器視覺設(shè)計師將使用濾鏡，燈光和黑白相機。這些涉及彩色機器視覺應(yīng)用。由此產(chǎn)生的灰度圖像可以更快地處理，因為它們包含較少的數(shù)據(jù)。

同樣，工程師將開發(fā)運動控制系統(tǒng)和機械夾具，以便使用2D機器視覺解決方案解決傳統(tǒng)的3D應(yīng)用。

采用當今的微處理器，現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）和圖形處理器單元（GPU），設(shè)計人員可以獲得更高的處理能力。但是，處理能力仍然是有限的。用于3D應(yīng)用的最具成本效益的解決方案可以通過已知具有“光度立體聲”的新生機器視覺技術(shù)來提供。

3D視覺概覽

通過負擔得起的處理能力，減少了減少彩色和3D應(yīng)用所需數(shù)據(jù)量的需求。

通過用于基于傳送器的3D系統(tǒng)的集成激光三角測量系統(tǒng)提供了一個示例，該系統(tǒng)通過廉價的數(shù)據(jù)處理、激光和光學來實現(xiàn)。在創(chuàng)建3D對象映射的過程中每秒能夠生成數(shù)萬個2D輪廓。

另一種選擇是由新的飛行時間相機提供。它們?yōu)楦鞣N應(yīng)用提供低分辨率3D地圖，沒有激光照射的安全風險。

對于面積更大的3D項目，通過在機器人的末端安裝單個相機攝影測量系統(tǒng)，可以從不同位置拍攝同一物體的多幅照片。

使用這些圖像，可以基于相機和對象之間的預定幾何關(guān)系來計算圖像中的每個像素的3D位置。關(guān)于大面積3D檢查，兩個攝像機并排排列以模仿人眼并捕獲3D信息。

然而，為了在沒有大視場的情況下高速檢查物體，定性數(shù)據(jù)可能非常有用，而定量3D數(shù)據(jù)并不總是用于測量目的。這是光度立體技術(shù)介入的地方。

光度立體技術(shù)的優(yōu)點

測量任何給定像素的高度不是光度立體聲的主要考慮因素。相反，該技術(shù)通過使用3D表面取向及其對反射光的影響產(chǎn)生對比度圖像，突出局部3D表面變化。使用傳統(tǒng)的2D成像時，顯示的變化可能是不可見的。

當使用光度立體解決方案時，沒有必要知道測試對象和相機之間的精確3D關(guān)系，也不必使用兩個相機來捕獲3D數(shù)據(jù)。而是使用具有多個照明源的單個相機系統(tǒng)。

通過在不同光照條件下觀察物體，在光度立體技術(shù)期間估計其表面。該方法的基礎(chǔ)是觀察到表面反射的光量取決于表面相對于光源和觀察者的取向。

由于新的專業(yè)算法，人們越來越意識到需要良好的照明以確保機器視覺成功，以及低成本的多光解決方案，例如Smart Vision Lights的LED燈管理器（LLM）（允許通過以下方式控制四個燈）基于瀏覽器的簡單界面，成本低于幀抓取器或智能相機分線盒，光度立體聲在工業(yè)應(yīng)用中的應(yīng)用越來越受到關(guān)注。

目前，光度立體應(yīng)用的獨特優(yōu)點使得許多以前難以或不可能解決的常見工業(yè)檢測應(yīng)用成為可能。

應(yīng)用：夾子和輪胎

機器視覺系統(tǒng)在讀取零件凸起的字母時一直存在問題。這個示例顯示了一個具有許多功能表面特性的塑料連接器，以及一個方向符號和數(shù)字。沒有對比，因為在凸起的字母和組成剪輯的材料之間沒有任何區(qū)別。

制造商已經(jīng)在諸如輪胎之類的較大物體上使用激光三角形系統(tǒng)，以便創(chuàng)建3D表面圖。這些激光掃描系統(tǒng)通常是用于3D測量的復雜且昂貴的解決方案，即使它們最近變得更加集成和有效。

智能視覺燈的線性微光(LM) LED燈被定位在90度、180度、270度和360度周圍，以照亮黑色的塑料夾子。它們由LLM控制。由于每一次曝光都是由Matrox相機觸發(fā)的，因此LLM會從不同的方向觸發(fā)光線。

每個圖像由相機饋送到運行圖像庫光度立體定位算法的PC中。這組合了所有相應(yīng)的像素，建立了局部表面特性并從中產(chǎn)生了一種或多種類型的合成圖像。示例可以包括局部3D幾何形狀的對比圖像或反照率圖像。

這些合成圖像所揭示的信息比任何單獨組成的圖像所揭示的信息都要多。在剪輯表面形成黑底黑字的邊緣清晰地顯示在合成圖中。此外，還展示了組成整體的各種注塑件的邊緣。

應(yīng)用：合成皮革穿孔

在下一個例子中，顯示了四張合成皮革材料的圖片。人造革，與其模仿的有機材料類似，具有相當大的表面紋理。人眼幾乎不可能在整個圖像上可視化100％的表面紋理，更不用說計算機了。

在每個組成圖像中，當材料的翹曲位于支撐基板上時產(chǎn)生強陰影，而由于強烈的光反射，圖像的其他部分趨于飽和。

光度立體定位算法產(chǎn)生最終構(gòu)圖，其顯示在相機視野的整個區(qū)域上均勻照明的紋理，在每個縫隙上具有鮮明的對比度并且突出顯示孔。

也可以在金屬加工表面（如發(fā)動機頭）上的孔上使用光度立體技術(shù)。由于這些具有成本效益的光度立體解決方案而顯然具有優(yōu)勢的其他領(lǐng)域是鑄造部件，激光標記和直接部件標記系統(tǒng)。

光度立體視覺

我們生活的3D世界將繼續(xù)依賴于3D視覺解決方案。 DBMR Research最近的一項預測預測，2017年至2024年期間全球3D機器視覺市場的增長率將達到9.5％的復合年增長率，其年度價值將從154億美元增加至近320億美元。

然而，高昂的安裝成本和缺乏技術(shù)知識構(gòu)成了3D機器視覺市場增長的最大挑戰(zhàn)。作為封裝的光度計立體聲配準工具和LLM LED燈管理器的一鍵編程，機器視覺行業(yè)已準備好迎接3D機器視覺的下一個重要步驟。