3D机器视觉的技术路径和场景适用

3D机器视觉的技术路径和场景适⽤
⼀、3D相机的典型应⽤领域:
1)在⼯业环境中⾃动驾驶车辆(如叉车)检测障碍和进⾏“⼈⼯”导航
2)机器⼈控制的传送带抓取作业或零件拾取作业
3)进⾏有⽆检测,即使容器/箱⼦中的对象相⽐背景根本没有对⽐度,也可以对其进⾏检查和计数
4)对电路板上的组件进⾏位置和有⽆检查
5)对各种对象进⾏体积测量
钢框胶合板模板⼆、流⾏的3D技术
3D图像处理常使⽤的技术包括:
1)⽴体视觉和结构光
2)激光三⾓测量法
3)ToF(Time-of-Flight)
三、⽴体视觉和结构光
⽴体视觉的⼯作原理依照⼈类的⼀双眼睛。使⽤两个相机记录⼀个对象的两个2D图像。并且,从两个不同的位置记录同样的场景,借助三⾓测量原理,使⽤深度信息合成⼀幅三维图像。
⽴体视觉使⽤从两个普通的2D⾯阵相机提供的图像数据,为场景提供深度值。同时,根据相机位置以及应⽤的⼏何信息对图像进⾏调整。在调整后,使⽤匹配算法搜索右侧和左侧的对应点,创建场景的深度图像。
此⽅法运⾏的⼯作距离取决于基准(相机之间的距离),因此因情况⽽异。
提⾼⽴体系统性能的⼀种⽅式是向⽴体解决⽅案添加结构光。通过使⽤光源将明亮的⼏何图案投射在场景上,可以提⾼测量结果的准确度,这显著降低因均质表⾯和低光造成的⽴体影像缺陷。通过校准投射灯和相机,甚⾄可以不使⽤第⼆台相机。
3.1⽴体视觉的优点和缺点
+ 可以在较短距离内获得⾼精度
+ 可以使⽤2D⾯阵相机研磨粉
+ 阳光照射不是问题
+ ⾼反光(称为难处理表⾯)的情况下也可以使⽤
- 不能⽤于均质表⾯
- 在低光照条件下不能运⾏
- ⾼计算能⼒导致实时性难以实现
- ⾼计算能⼒导致实时性难以实现
3.2结构光的优点和缺点
+ 可以在较短距离内获得⾼精度
+ 可以使⽤2D⾯阵相机
+ 阳光照射不是问题
+ ⾼反光(称为难处理表⾯)的情况下也可以使⽤
- ⾼计算负载导致实时性难以实现车载卫星电视
- 设置复杂、安装成本⾼,导致总体系统成本⾼昂
3.3⽴体视觉和结构光的典型应⽤领域
⽴体视觉可以实现较⾼精度。难处理表⾯不会对⽴体视觉造成较⼤影响,但始终要求对象存在少量参考标记或随机图案。这意味着这种技术⼀般不太适合在⽣产环境中使⽤。⽴体视觉通常的应⽤范围包括:坐标测量技术,⼯业、服务或机器⼈系统⽅⾯应⽤的对象和⼯作区的3D测量,以及危险⼯作区或⼈类⽆法进⼊的⼯作区的3D显⽰。⽴体系统也⾮常适合在室外区域的测量系统中使⽤,如在锯⽊⼚中测量和检查树⼲。
然⽽,如果可以接受⾼处理负载、复杂的安装⼯作和更⾼成本,在添加结构光后,⽴体视觉也适合进⾏⽬标测量的⼯业应⽤。糖炒栗子机
四、激光三⾓测量法改锥头
在运⽤激光三⾓测量法时,结合使⽤了2D相机和激光光源。在此过程中,激光将线或点投射在相机前的场景上。
激光线或点出现在相机前的对象上,由2D相机记录。如果使相机跨过⽬标或在⽬标旁移动(例如通过传送带),被测量对象到芯⽚之间的距离会改变,那么激光线或点的观察⾓度随它们在相机图像中的位置⼀起变化。这样,通过数学运算,对象和光源之间的距离就可以通过图像中的位置坐标计算得出。
4.1激光三⾓测量法的优点和缺点
+ 精度极⾼
+ 照明条件较差时仍可⼯作
+ 可⽤于镜⾯反射或⾼反光(难处理)表⾯
- 需要对⽬标进⾏激光扫描,导致速度较慢
- ⼯作距离⼩
- ⾼精度要求采⽤⾮常昂贵的单个组件
- 设置复杂、安装成本⾼,导致总体系统成本⾼昂
-
如果没有安全的预防措施⽆法保证眼睛安全
4.2激光扫描仪的应⽤领域
激光三⾓测量法对于准确性要求极⾼的应⽤,常常是⼀种好的选择。⽽对于⾼反光且光照条件不理想的难处理表⾯,也建议选择激光三⾓测量法。举例来说,在亚毫⽶级范围内测量⾼反光的⾦属⽚就是激光三⾓测量法的典型应⽤。另⼀个例⼦是对玻璃瓶进⾏分拣,这种情况下对⽐度极⼩。
五、Time-of-Flight ⽅法
TheTime-of-Flight ⽅法是获取深度数据及测量距离的⾮常有效的技术。ToF (Time-of-Flight)相机为每个像素提供两种信息:亮度值(描述为灰度值)以及相机和⽬标的距离(即深度值)。
ToF(Time-of-Flight)⽅法有两种不同的⽤法:连续波和脉冲ToF (Time-of-Flight)⽅法。基于连续波的Time-of-Flight测量法,是⼀种根据可调节亮度光源的发射光和反射光之间的相位差来进⾏测量的⽅法。
使⽤脉冲ToF(Time-of-Flight)原理的相机,是根据发射光脉冲和反射光脉冲之间的时间延迟来确定距离。
ToF(Time-of-Flight)相机是⼀个紧凑的系统,没有可移动部件,它由以下组件组成:
1)主动集成光源
2)集成镜头
3)ToF(Time-of-Flight)芯⽚
光源会发出光脉冲,光击中物体后会反射回相机芯⽚,集成镜头能够确保反射回来的光可以击中芯⽚。简单⽽⾔,即根据光线从发出到返回芯⽚所需的时间,可以确定距离,进⽽计算出每个像素的深度值。借助此过程就可以简单、实时地描绘出散点图/深度图,并同时提供⼀幅强度与置信图。
5.1 TOF的优点和缺点
+ ⼀次记录场景,⽆需扫描
+ ⾼速度
+ 在多部分图像中提供2D和3D信息
+ ⾼X/Y分辨率
+ 系统紧凑,⽆移动组件
+ 在低光条件下⼯作理想
+ 确保眼睛安全
+ ⽆结构或对⽐度要求
+ 只要提供⾜够强的光源,可以实现长⼯作距离
+ 总体系统成本低
+ 可实现⾼度实时性
- 镜⾯反射及⾼反光(难处理)表⾯存在问题
- 对杂散光敏感
5.2 ToF (Time-of-Flight)的典型应⽤领域
5.2 ToF (Time-of-Flight)的典型应⽤领域
ToF相机适合⽤于要求⼯作距离长、⾼速成像、复杂度低的应⽤。如果想要相机具备上述⼏点优势,同时预算经费有限,不要求具备毫⽶级以下的精度,那么ToF技术就是合适的选择。
物流、码垛和卸垛任务的容积测量以及物流环境中的⾃动驾驶车辆都适合采⽤ToF (Time-of-Flight)相机。ToF(Time-of-Flight)相机在医疗领域也获得了令⼈兴奋的新任务,那就是定位和监测患者。在⼯业领域中,由于ToF (Time-of-Flight)相机的深度精度相对较低,采⽤这种相机的系统更适合⼀般化任务,如较⼤对象的选择和放置应⽤。它们还可以⽤于机器⼈控制系统或⼤型对象的测量和位置检测,例如⽤于汽车制造。
六、3D技术的⽐较
Source from: MartinGramatke of Basler

本文发布于:2024-09-24 12:24:59,感谢您对本站的认可!

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