3D成像迎来检验的新时代

3D成像的进步使愿景用户克服了一些具有挑战性的检查任务。在机器视觉市场中，3D成像继续成熟，解决应用2D成像不能。改善的3D技术成本有效地简化了各种检验任务。它将机器视觉检查到下一个水平。

LMI Technologies的首席执行官Terry Arden说:“在制造环境中，2D和3D的融合是必要的，以测量组件在组装中如何配合，并评估产品的最终装配、完成和包装。”

根据David DecHow，Integro Technologies的主要视觉系统架构师，一个专门从事机床视觉技术的系统集成商，在帮助公司实施3D和2D成像以实现工业自动化，精度也有所提高。在3D空间中的检验任务，可能包括测量或重建，精度比机器人引导或垃圾拣选中的大多数任务更为必要。

Dechow说:“终端用户现在应该认识到，这些组件不仅是通用的3D图像采集系统，而且在许多情况下，它们对特定任务的适用性已经变得更具针对性。”

Gocator结构光传感器通过单一的“快照”扫描，提供了具有启动/停止运动的对象的全场3D检查。图片由LMI技术提供。

许多3D成像设备也延伸超过3D点云以包含颜色，纹理和其他2D成像功能。Dechow说：“用灰度”纹理“和/或颜色信息的3D图像的组合在机器视觉市场中有点新增了。”Dechow说。“拥有该信息对对象的识别，分化，位置或测量来说至关重要。”

3D图像本身没有灰度或彩色内容。Dechow补充道:“以空间正确的方式将这些内容整合到3D图像中会有很大的好处。”“在很多情况下，3D轮廓并不能完全定义物体或其特征。”

此外，3D使用户能够测量表面的角度和平面特征，如距离。Arden说:“这是支持机器人的一个重要能力，因为机器人的移动自由度为6°，需要角度和位置来有效运作。”

推进技术
机器视觉组件供应商正在开发满足常见3D成像需求的产品。硬件和软件制造商Euresys提供的帧捕获器能够与传统的2D摄像机和激光线投影仪连接，从而构建3D高度数据，并将其与图像结合。此外，Euresys Open eVision Easy3D软件库可以从2D图像数据和3D形状数据中精确校准和生成数据集，现在可以使用传统的机器视觉工具进行处理，如计量测量、OCR和模式匹配，以解决具有挑战性的视觉应用。

“之前，使用多个摄像头通过从已知的固定位置观看相同的对象或使用单个摄像头组合与结构化光图案或激光点或线发电机的相同的相机完成3D成像，”副总裁销售和支持美洲Mike Cyroseuresys。这需要相机和图案生成器的精确对准，以能够计算图像中的每个点，以确定其与相机的距离。此过程需要大量的计算能力。

“今天的FPGA和多核嵌入式处理器架构可以在越来越多的分辨率和成像率下进行这些计算，这使得在线可以使用3D图像数据进行机器视觉，”Cyros说。“现在难以实现的内容，即可通过现成的传感器和先进的软件库来实现，使系统集成商和机器制造商可以更轻松地将3D测量集成到其视觉过程中。

“当客户可以专注于如何在他们的机器上安装3D传感器并信任它将产生准确，可重复的3D点云，

Euresys的Coaxlink Quad 3D- lle激光线提取帧捕获器具有板载处理的3D轮廓，无需占用主机CPU。照片由euresys提供。

他们更有可能采用这项技术，”塞洛斯继续说。

机器视觉客户还可以使用许多3D测量技术，包括飞行时间、立体声、激光雷达和激光三角测量。在其Gocator产品组合中，LMI Technologies为移动部件提供基于激光三角测量的3D智能传感器，或为固定部件提供立体条纹投影。激光分析器的应用范围很广，从锯木厂的日志扫描最佳体积提取到鱼类和肉类加工中的蛋白质分配和手机组装中的紧固件位置检查。

在所有这些情况下，要扫描的对象正在通过扫描平面移动，并在飞行中建立3D表面进行检查。边缘投影是机器人计量的理想选择，可测量汽车机身应用中的槽，孔，开口和螺柱等功能。在检查期间，拍摄3D点云的时间仍然静止。

“激光三角测量和立体声边缘投影提供高精度和速度，并且它们的集成带通滤波器允许它们能够容忍高水平的环境光线，以便为内联自动化，检查和优化过程提供可靠的数据，”Arden表示。

与此同时，工业机器人制造商FANUC美国公司提供了三种不同的技术，将结构光用于视觉引导机器人，这是3D视觉最常见的用途之一。该公司的3DL产品在2D图像中使用两条激光线产生一个3D姿态结果。3DA使用多图像立体声，使用两个数字2D摄像机和一个DLP光投影仪。3DV使用同样的方法，但只使用一张图像，使它更快。

FANUC的工程制造商David Bruce说:“多图像方法可以提供比单一图像更准确的数据，但这实际上取决于应用程序使用哪种图像。”“3D数据的加入使部分分割更容易，并允许精确的3D位置提取，这对机器人的指导是巨大的。”

Easy3D软件库精确校准并从2D图像数据和3D形数据中产生数据集，可以使用传统的机器视觉工具处理。照片由euresys提供。

这就是为什么Bin采摘是3D成像的最大应用之一。“你需要在垃圾箱中的每个部分的准确3D位置信息，并且没有良好的方法来用2D来做这件​​事，”布鲁斯说。“如果您可以使用3D，则在传送带上的跟踪部件具有很多优势，因为零件和皮带之间的2D对比度不是使用3D的问题。”

对于想要建立自己的3D成像系统的客户，Euresys提供了一个专业的CoaXPress兼容的Coaxlink Quad 3D- lle激光线提取帧捕获器与板载处理的3D轮廓。这可以与Easy3D库相结合，对数据进行精确校准。

“目标是为系统集成商和机器制造商提供更大的灵活性。他们可以选择一个合适的2 d相机和laser-line生成器,适合他们的视野和成像分辨率要求建立自己的3 d成像组件,而不必从预配置选择3 d扫描解决方案,可能没有提供正确的分辨率和视场、“Cyros说。

克服障碍
与任何机器视觉技术一样，3D成像会呈现挑战。“零件反射率是用结构光立体声3D成像的考虑。如果该部件具有高度反射性，则深度图像或点云算法将存在执行此立体声计算的问题，“布鲁斯表示，如果该部件没有足够反射，则添加相同的问题，这可以用黑暗或黑色部件发生。Fanuc的3DV技术通过在不同的曝光和光强度下进行多次捕捉来克服这些问题，然后合并这些图像。

定位精度可能是另一个麻烦点。“你必须以非常精确的方式安装或固定传感器，这可能是困难的，”塞洛斯说。

与任何新的机器视觉技术一样，教育终端用户可能是一件困难的事情。Arden说道:“许多用户并不熟悉3D技术，并持有各种关于3D的误解，例如人们普遍认为3D更难设置或维护，或者比2D更昂贵。

LMI通过FactorySmart方法克服了这一误解，该方法允许用户使用PC或移动设备上运行的任何网页浏览器连接到公司的智能传感器。Arden说:“该软件可以简单地将你的部分可视化为3D，拖放你的测量工具，并向下游传达通过/失败决策的结果。”

当涉及到先进的机器视觉技术，如3D成像，最终用户期望他们一直做的相同的好处-易用性和成本效益。视觉产品制造商正在通过开发针对性的解决方案来解决这些需求，从而提高许多检测任务的准确性和可靠性。