隨著3D視覺技術的發(fā)展越來越成熟，在發(fā)展的過程中，也涌現(xiàn)出了很多種不同原理的新技術產(chǎn)品，其中主要包括：激光三角測量原理、時間飛行原理(TOF)、結(jié)構光原理以及雙目視覺原理。SICK作為全球性的為工業(yè)領域提供完整解決方案的專業(yè)傳感器供應商，亦深耕3D產(chǎn)品多年，為需求市場帶來了一系列出色的3D產(chǎn)品和解決方案。

　　文/德國西克

　　3D視覺產(chǎn)品提供了2D視覺不能獲取的高度信息，給很多檢測需求帶來了可行性，諸如相對高度，體積計算，物體表面平面度和厚度測量，以及機器人的無序抓取等等，從而開拓了視覺的檢測領域，也大大地刺激了3D技術的革新。隨著3D視覺技術的發(fā)展越來越成熟，在發(fā)展的過程中，也涌現(xiàn)出了很多種不同原理的新技術產(chǎn)品，其中主要包括：激光三角測量原理、時間飛行原理(TOF)、結(jié)構光原理以及雙目視覺原理。

　　1 激光三角測量原理

　　激光三角測量原理是測量系統(tǒng)向物體投射一條光束，由于物體表面高度的不同，導致相機接受到的光束在圖像上的行數(shù)不同，從而根據(jù)變換關系獲取激光線表面高度信息(即剖面數(shù)據(jù))，通過測量系統(tǒng)與物體的相對移動，完成不同位置的剖面收集，進而拼接生成3D圖像。

　　(1)SICK 3D激光三角測量的系列產(chǎn)品及特點

　　①Trispector/TrispectorP

　　l 智能/可編程的一體式3D 相機;

　　l 便于嵌入應用，同時支持輸出圖像功能。

　?、赗ulerX/RulerXC/RulerXR/Ruler3000系列(一體式3D相機)和Ranger3系列(分體式3D相機)

　　l 采用 ROCC 技術的SICK M30 CMOS新一代傳感器;

　　l 采樣頻率：全幅模式可達7 KHz, AOI模式可達46 KHz;

　　l 可同時提供高度圖、反射圖和漫反射圖多種圖像數(shù)據(jù)。

　　(2)典型應用場景

　　激光三角測量原理的典型應用場景包括連接器PIN針檢測、手機零部件檢測、新能源鋰電池電芯表面檢測、新能源電池電芯檢測、新能源電池模組檢測、軌道交通檢測、焊接檢測、輪胎行業(yè)檢測、PCB行業(yè)檢測等等。

　　2 時間飛行原理(TOF)

　　時間飛行原理(TOF)是通過發(fā)射光脈沖(一般為不可見光，即紅外光)到被觀測物體上，然后物體反射回的光脈沖被相機捕捉，通過探測光脈沖從發(fā)射到接收之間的飛行(往返)時間來計算相機與被測物體之間的距離。

　　(1)SICK 時間飛行(TOF)的相關產(chǎn)品系列產(chǎn)品及特點

　?、賄isionary-T

　　l 每秒拍攝多達 50幅 3D 圖像;

　　l 每次拍攝 144 x 176 像素;

　　l 抗環(huán)境光干擾能力：高達50K lux;

　　l 防護等級：IP67。

　?、赩isionary-T Mini

　　l 高分辨率500 X 400pixels;

　　l 傳輸速率高達 30幀/S;

　　l 3D點云智能過濾功能;

　　l 防護等級：IP67 & IP69K;

　　l 工作環(huán)境溫度-10℃...+50℃。

　　(2)客戶受益

　　l 緊湊型外觀設計;

　　l 過濾可提高數(shù)據(jù)質(zhì)量，提高表現(xiàn)性能;

　　l 易于設置和配置，適用于廣泛的應用;

　　l 基于AppSpace平臺開發(fā)各種應用APP。

　　(3)典型應用場景

　　l 防碰撞：檢測地面上的物體，例如顯示的載人叉車或起重機;

　　l 碼垛和拆垛：檢測可用和占用區(qū)域，以控制和優(yōu)化托盤處理解決方案;

　　l 物體檢測：用于在高架倉庫裝卸任務中檢測托盤的準確位置，以及AGV小車的拾取位置;

　　l 機器人引導：檢測自動取放應用的盒子位置和可放置空間位置;

　　l 自動行李托運：在自動落袋柜臺檢測袋子的體積;

　　l 質(zhì)量檢查：通過將圖像與預定義模型進行比較以識別不適當?shù)臓顩r，從而檢測不良偏差。

　　3 結(jié)構光原理

　　結(jié)構光原理是向物體投射出黑白相間的結(jié)構性光束，這些光束由于物體表面形狀的不同而產(chǎn)生變形，表現(xiàn)在圖像中則是結(jié)構性光束發(fā)生了變形和扭曲，即高差變化和不連續(xù)，高差變化的程度用于計算深度，不連續(xù)則顯示出了物體表面的物理間隙，進而計算出物體的位置和深度等信息，最終復現(xiàn)三維空間。

　　SICK的Visionary-S系列硬件使用2個IR相機和1個RGB相機，將結(jié)構光照明與成熟的彩色攝像技術相結(jié)合，實時提供彩色深度圖像(即包含三維坐標和RGB信息的點云數(shù)據(jù))。系統(tǒng)使用多相機不同角度拍攝場景的兩幅圖像疊加在一起，使復現(xiàn)的圖像更準確，質(zhì)量更佳。

　　(1)SICK 3D結(jié)構光的系列產(chǎn)品及特點

　　①Visionary-S系列

　　l 每秒多達 30張 彩色深度 圖像;

　　l 分辨率：640px * 512px;

　　l 更大的視野范圍：60°* 50°;檢測距離：0.5 ~ 6.5m;

　　l 抗干擾能力更強：可在黑暗和最大 40k lx 的環(huán)境光下工作;

　　l 溫度范圍：0℃ ... 50℃(取決于外殼);防護等級：IP67;

　　l HDR 模式。

　　(2)典型應用場景

　　l 商品尺寸標注，可以使用 3D 快照圖像對貨物進行靜態(tài)測量;

　　l Bin-Picking：3D 攝像頭為機械臂定位提供數(shù)據(jù);

　　l 碼垛和卸垛;

　　l 港口：集裝箱定位。

　　4 雙目視覺原理

　　雙目視覺原理通過兩個鏡頭平行拍攝物體，并將影像疊合，處理單元根據(jù)已知的焦距和鏡頭之間距離推算出物體與傳感器之間的深度信息，類似人眼感知物體距離的原理，后續(xù)又發(fā)展衍生出多目視覺系統(tǒng)。

　　其工作流程通常分為如下過程：

　　傳感器頭捕獲原始 3D 數(shù)據(jù)，評估單元以類似于大腦的方式進行編程解讀，以分析和處理傳感器頭所看到的內(nèi)容，并解析創(chuàng)建出深度圖像。這種工作原理使得SICK先進的Visionary-B 特別適合作為戶外應用的 3D 系統(tǒng)。

　　(1)SICK 3D雙目視覺的系列產(chǎn)品及特點

　?、賄isionary-B系列：

　　l 距離值：250 × 496 像素以及 2D 圖像：544 × 828像素;

　　l 更大溫度范圍：從 ?40℃ 至 +75℃;

　　l 專為惡劣的戶外環(huán)境設計：IP69K防護等級，可在強烈的陽光、雨水下工作;

　　l 智能圖像處理：物體的分類和定位;

　　l 二合一解決方案：每秒各八幅 3D 圖像和 2D 圖像;

　　l 可進行近來幾小時的活動記錄。

　　(2)典型應用場景

　　l 港口和起重機：引導容器揀選、存在檢測、駕駛輔助和碰撞警告;

　　l 礦業(yè)：駕駛輔助和碰撞警告、自動轉(zhuǎn)向;

　　l 建筑工地：支持 3D 站點管理、挖掘期間的支持、駕駛輔助和碰撞警告、物體和車輛監(jiān)控;

　　l 農(nóng)林：液位監(jiān)控、線路引導、料堆檢測、駕駛輔助和碰撞警告。

　　SICK是工業(yè)用智能傳感器和傳感技術解決方案的主要制造商之一，擁有以上不同成像原理的高性能的3D相機系列產(chǎn)品，適用于不同行業(yè)的不同應用場合，并在各行各業(yè)擁有著豐富的經(jīng)驗，會根據(jù)客戶的需求測試并優(yōu)化系統(tǒng)解決方案。