二维还是三维机器视觉？为什么不能两者兼而有之？

就在几年前，系统设计师和集成商会尽其所能避免3D机器视觉。它需要复杂的照明系统，大量的处理能力，更多的工程，甚至更多的钱。

如今，随着计算能力的提高和更新、更快的CMOS摄像头传感器，3D机器视觉设备和软件供应商简化了3D系统设置，同时为其产品增加了更多功能，例如使用2D和3D图像使其系统更加健壮。因此，从未考虑3D成本的应用程序正在以创纪录的速度采用该技术。

2D vs.2.5D vs.3D
任何关于3D成像的讨论都是从术语的定义开始的。标准的2D机器视觉图像是平面的，经过校准以允许测量长度和宽度，但它不提供任何高度信息。下一步，2.5D，除了X轴和Y轴，还包括Z轴或高度信息;它还提供信息，允许机器视觉系统估计物体的旋转(俯仰和偏航)在三个维度中的两个。真正的3D提供了X、Y和Z信息以及围绕所有三个轴(rX、rY和rZ)的旋转信息。对于3D视觉的“圣杯”——垃圾桶挑选——和许多其他新兴应用，只有3D才能做到。

“3D视觉和机器人捡垃圾已经紧密地联系在一起了，”Jim Anderson解释道，他是生病了,公司的。(明尼苏达州明尼阿波利斯市)。“像Adil Shafi这样有远见的人在这方面工作了15年，但现在，垃圾桶采摘真的开始结出果实了。”

像SICK这样的公司正在利用计算能力和智能软件简化机器视觉最棘手的应用程序的部署。例如，SICK提供了一种被称为“箱中零件精确定位(PLB)”的产品拣箱系统，该系统将基于激光三角的机器视觉系统与专门的软件相结合，该软件将所有无关因素考虑在内，从而实现了一个成功的拣箱应用。

更好的3 d软件
“从历史上看，所有3D软件都是基于2D算法的，这些算法被应用于3D领域，”微软公司Vision Solutions产品组经理Nicholas Tebeau说利奥尼工程产品与服务(密歇根州Orion湖)。“现在，公司正在提供合适的3D工具，使整个应用程序更容易。这不仅仅是二维或三维的问题。例如，在捡垃圾时，你必须有合适的抓手。该软件必须考虑到夹具，并确保它不会与箱壁碰撞-不仅找到零件的方向，但知道你可以在哪里抓住它，在哪里你不能基于零件的几何形状。幸运的是，我们可以使用fpga和其他工具来加快整个过程，但从集成商的角度来看，还有很多东西需要考虑。”

并非每个机器人导航应用程序都需要全3D。美国国家客户经理、机器视觉专家埃德·罗尼（Ed Roney）表示法努克美国公司。（密歇根州罗切斯特山市）“很多时候，机器人需要知道的只是从机器人的角度到物体的距离。在这些情况下，2.5D可以正常工作。但是，如果零件不位于平面上，或者零件的比例未知，则可以使用三维点云。但即使对象位于平面上，如托盘上的箱子，缺乏对比度也可能是使用3D的原因。使用2D或2.5D的机器人可能无法轻松分辨一个盒子的结束位置和另一个盒子的开始位置，因为两个盒子之间没有足够的对比度。”

结构光是公司喜欢SICK和托迪维尔AS(挪威奥斯陆)在3D图像中创建对比度。Tordivel，最著名的蝎子视觉机器视觉库，最近发布了蝎子3D毒刺相机。与大多数立体视觉摄像机不同的是，Tordivel将立体视觉与激光投影结合在一起，立体视觉是基于两个独立摄像机采集到的图像的细微差异来生成每个像素的Z值。

“随机模式投影仪(RPP)保证了物体将有足够的纹理进行稳健的立体视觉计算，”Tordivel首席执行官Thor Vollset说。“我认为激光三角测量不如立体视觉复杂，因为3D点是基于相机和激光之间的角度生成的，实际上是一个简单的2D计算。3D校准相机知道每个像素在空间中的移动位置。这用于在2D和3D图像之间移动，使用3D物体姿态，从2D图像中非常精确的边缘提取最精确的3D坐标。在激光三角测量扫描仪中，边缘无法被准确描述，因为通常需要多个像素来描述一个三维点。我认为大多数3D点云所包含的信息实际上比2D图像要少得多。(注:激光三角测量的支持者说他们的系统提供了比立体更好的3D分辨率，但最终，这取决于距离、激光扫描速度、相机分辨率和其他因素。)

Vollset补充道:“使用我们的Scorpion 3D Stinger Camera和配套软件，我们可以生成密集的3D点云和配套的高分辨率2D图像集。“从3D图像开始，你可以建立物体的姿态或物体平面，然后移动到2D图像，在那里我们做最精确的3D测量。两年前，我认为这是不可能的。但现在，我们可以在一秒内以毫米精度提取800毫米x 1200毫米x 1000米的欧洲托盘视场内的每一个点。用激光扫描可能需要2到5秒，这取决于激光扫描时间。立体视觉的另一个好处是，我们可以毫不延迟地从移动的物体中捕捉3D数据。”

2D和3D:两全其美
虽然立体系统可以生成高分辨率2D图像以及3D图像以用于数据增强或使系统更易于人类使用，但并非每个应用程序都具有立体相机的不动产。

得益于高速CMOS传感器，单个摄像头可以使用激光三角测量采集高分辨率2D图像和3D数据。”例如，你不仅可以每1000帧拍摄一幅高分辨率的灰度或彩色图像，还可以在相机的视场内设置不同的区域，收集3D或2D数据，或者两者兼而有之，”SICK的Anderson说。

这些功能正在为3D机器视觉带来新客户。安德森说:“在快餐食品行业，我们有客户在产品通过传送带时使用3D技术100%测量产品。”“如果你承诺5英寸。巧克力棒，而你只生产4.9英寸的巧克力棒，这是欺骗。所以你要容忍它们在5到5.2英寸之间，以确保你的安全。但如果你能把它减少到5.05英寸。在美国，这家公司每年将节省数百万美元。我们的新Ranger E提供高分辨率彩色图像和3D激光三角测量，旨在解决这类应用。”SICK最近还推出了静止3D物体扫描，使用的技术类似于基于图像的2D代码读取扫描仪。

随着新解决方案的推出，新机器视觉用户更容易采用3D技术，业内人士预计市场将继续扩大。”“多维成像肯定在增长，”法努克大学的罗尼指出我们看到越来越多的客户要求它，因为3D已经变得和2D机器视觉一样易于使用。”