3D技術(shù)解決機(jī)器視覺問題

當(dāng)前機(jī)器視覺主流的檢測(cè)手段還是依賴2D相機(jī)，即從灰度圖中提取被測(cè)物特征，在X-Y平面內(nèi)進(jìn)行測(cè)量。當(dāng)遇到需要高度測(cè)量或需要Z方向信息，如需要測(cè)高度、測(cè)深度、測(cè)厚度、測(cè)平面度、測(cè)體積、測(cè)磨損等情況時(shí)，2D視覺往往無(wú)能為力。甚者在被測(cè)物灰度圖像對(duì)比度較差，無(wú)法準(zhǔn)確提取被測(cè)物特征值時(shí)，往往可以考慮通過高度分割進(jìn)行特征提取并測(cè)量，這時(shí)，3D視覺技術(shù)就成為解決機(jī)器視覺問題的重要檢測(cè)手段。

　　結(jié)構(gòu)光三角測(cè)量法原理
　　3D視覺技術(shù)的原理之一是結(jié)構(gòu)光三角測(cè)量法。這個(gè)模型中主要包括2D相機(jī)、鏡頭、激光器、標(biāo)定算法等內(nèi)容。主要利用2D相機(jī)中拍攝到的激光線形變，通過三角公式即可獲取被測(cè)物的高度信息。原理圖如圖1所示：

　　結(jié)構(gòu)光三角測(cè)量法安裝方式
　　結(jié)構(gòu)光三角測(cè)量法的安裝方法是一個(gè)重要影響因素，目前市場(chǎng)上流行的方法是激光線直射被測(cè)物，2D相機(jī)與激光器成一定角度（即測(cè)量角）拍攝，如圖2所示。

　　2D相機(jī)的分辨率、安裝的測(cè)量角都會(huì)影響到Z向分辨率。2D相機(jī)分辨率越大，Z向分辨率就越大，但由于輸出了過多的無(wú)用數(shù)據(jù)，會(huì)影響到掃描速度的提高；測(cè)量角越大，Z向分辨率也越大，但盲區(qū)也會(huì)越大。因此，搭建3D視覺系統(tǒng)時(shí)，需要綜合考慮被測(cè)物實(shí)際情況，選擇合適的相機(jī)和安裝方法。
　　除2D相機(jī)和測(cè)量角外，激光器的光束質(zhì)量也是影響測(cè)量精度的主要因素。選擇一個(gè)非高斯光束和均勻度好的激光器，對(duì)于提高測(cè)量精度非常重要，如圖3所示。

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

　　標(biāo)定算法可以使用Halcon在PC機(jī)上實(shí)現(xiàn)，也可以使用SiliconSoftware的VD4卡在板卡上實(shí)現(xiàn)，降低PC機(jī)CPU負(fù)載。此種方案安裝靈活，成本較低，但對(duì)技術(shù)人員水平要求較高，系統(tǒng)開發(fā)周期長(zhǎng)。
　　第二種方案是使用分體式3D相機(jī)、鏡頭、激光器等視覺組件搭建，如圖6所示。

　　標(biāo)定算法在3D相機(jī)上實(shí)現(xiàn)，相機(jī)直接輸出被測(cè)物高度數(shù)據(jù)和灰度數(shù)據(jù)，減小無(wú)用數(shù)據(jù)輸出，從而可以得到2D相機(jī)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的高幀率。此種方案安裝靈活，掃描速度較高，成本適中，開發(fā)周期相對(duì)第一種方案較短，適合于高精度和高速3D測(cè)量領(lǐng)域。
　　第三種方案是直接使用一體式3D傳感器Gocator產(chǎn)品，如圖7所示。

　　該3D傳感器把2D相機(jī)、鏡頭、激光器、標(biāo)定算法集成在一起，出廠前標(biāo)定完畢，開箱即可用于測(cè)量，開發(fā)周期較短；外形緊湊，封裝等級(jí)較高，適合于需要短時(shí)間內(nèi)完成，對(duì)成本控制不嚴(yán)格，相機(jī)安裝空間小，環(huán)境惡劣的項(xiàng)目。第三種方案因?yàn)榻档土思夹g(shù)人員前期的系統(tǒng)搭建要求，技術(shù)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。

　　總之，隨著機(jī)器視覺領(lǐng)域測(cè)量技術(shù)的多元化發(fā)展，3D視覺技術(shù)必將成為一種重要的檢測(cè)手段。
　　自從大恒圖像推出3D產(chǎn)品Gocator后，3D視覺技術(shù)在中國(guó)越來(lái)越受到歡迎和重視。大恒圖像是機(jī)器視覺領(lǐng)域內(nèi)最大的3D產(chǎn)品提供商，可以提供包括3D視覺組件，分體式3D相機(jī)，一體式3D傳感器在內(nèi)的一整套完整3D視覺技術(shù)方案。近年來(lái)，3D視覺領(lǐng)域的市場(chǎng)容量也在快速增加，相信3D市場(chǎng)必將成為機(jī)器視覺的一個(gè)主流的重要檢測(cè)手段。‍‍‍‍‍‍‍