3D機(jī)器視覺的由來
3D機(jī)器視覺是在傳統(tǒng)的“2D”二維機(jī)器視覺技術(shù)的基礎(chǔ)上衍生出來的新技術(shù)。
3D機(jī)器視覺的技術(shù)特點(diǎn)
由于2D視覺無法獲得物體的空間坐標(biāo)信息,所以不支持與形狀相關(guān)的測量,如物體平面度、表面角度、體積或者區(qū)分相同顏色的物體之類的特征或者在具有接觸側(cè)的物體位置之間進(jìn)行區(qū)分,而且用2D 視覺測量物體的對比度,這意味著特別依賴于光照和顏色或者灰度變化,測量精度易受照明條件變量的影響。而3D機(jī)器視覺可以獲得物體的三維信息,從而完成平面度、角度、體積等測量。此外,在傳統(tǒng)二維中,一些無對比度但有深度區(qū)別的檢測場景,都可以用 3D 視覺完成檢測。
4項(xiàng)技術(shù)說明
1、雙目視覺技術(shù)
雙目視覺技術(shù)是目前應(yīng)用較為廣泛的 3D 視覺系統(tǒng),它的原理就像我們?nèi)说膬芍谎劬?,用兩個(gè)視點(diǎn)觀察同一景物,以獲取在不同視角下的感知圖像然后通過三角測量原理計(jì)算圖像的視差,來獲被測物的三維信息。由于雙目技術(shù)原理簡單,不需要使用特殊的發(fā)射器和接收器,只需要在自然光照下就能獲得三維信息,所以雙目技術(shù)具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、實(shí)現(xiàn)靈活和成本低的優(yōu)點(diǎn)適合于制造現(xiàn)場的在線產(chǎn)品檢測和質(zhì)量控制。不過,雙目技術(shù)的劣勢是算法復(fù)雜,計(jì)算量大光照較暗或者過度曝光的情況下效果差。
2、TOF(飛行時(shí)間法成像)技術(shù)
TOF 是 Time Of Flight 的簡寫,它的原理是通過給目標(biāo)物連續(xù)發(fā)送光脈沖,然后用傳感器接收從物體返回的光,通過探測光脈沖的飛行時(shí)間來得到目標(biāo)物距離。TOF 技術(shù)的核心部件是光源和感光接收模塊,由于 TOF 技術(shù)是根據(jù)公式直接輸出深度信息,不需要用類似雙目視覺的算法來計(jì)算,所以具有響應(yīng)快、軟件簡單,識別距離遠(yuǎn)的特點(diǎn)。而且,由于不需要進(jìn)行灰度圖像的獲取與分析,因此不受外界光照及物體表面性質(zhì)的影響。TOF 技術(shù)的缺點(diǎn)是分辨率低,不能精密成像且成本高。
3、結(jié)構(gòu)光技術(shù)
結(jié)構(gòu)光技術(shù)通過一個(gè)光源投射出一束結(jié)構(gòu)光,這束結(jié)構(gòu)光不是普通的光,而是具備一定結(jié)構(gòu)(比如黑白相間)的光線打到想要測量的物體上表面。因?yàn)槲矬w的不同的形狀,會對這樣的一些條紋或斑點(diǎn)導(dǎo)致不同的變形,有這樣的變形之后通過算法就可以計(jì)算出距離、形狀、尺寸等信息,從而獲得物體的三維圖像。由于3D 結(jié)構(gòu)光技術(shù)既不需要用很精準(zhǔn)的時(shí)間延時(shí)來測量,又解決了雙日中匹配算法的復(fù)雜度和魯棒性問題,所以具有計(jì)算簡單測量精度較高的優(yōu)勢,而且對于弱光環(huán)境無明顯紋理和形狀變化的表面同樣可進(jìn)行精密測量,所以越來越多的 3D 視覺高端應(yīng)用采用結(jié)構(gòu)光技術(shù)
4、激光三角測量法
激光三角測量法基于光學(xué)三角原理,根據(jù)光源、物體和檢測器三者之間的幾何成像關(guān)系來確定空間物體各點(diǎn)的三維坐標(biāo)。通常用激光作為光源,用 CCD 相機(jī)作為檢測器,具有結(jié)構(gòu)光技術(shù) 3D 視覺的優(yōu)點(diǎn),精準(zhǔn)、快速、成本低。不過由于根據(jù)三角原理,被測物體越遠(yuǎn),在 CCD 上的位置差別越小,所以激光三角測量法在近距離下的精度很高,但是隨著距離越來越遠(yuǎn),其測量的精度會越來越差。圖 1-20所示為激光三角測量法原理。
3D機(jī)器視覺的由來及技術(shù)特點(diǎn)「4項(xiàng)技術(shù)說明」
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