2D和3D機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和局限性
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本文轉(zhuǎn)自|新機(jī)器視覺(jué)
機(jī)器視覺(jué)一般由工業(yè)光源，圖像采集單元，圖像處理單元，圖像處理軟件及網(wǎng)絡(luò)通訊裝置等構(gòu)成。在自動(dòng)化工業(yè)質(zhì)量控制和在線檢測(cè)領(lǐng)域，2D和3D技術(shù)都具有重要的作用。如何將兩者結(jié)合起來(lái)創(chuàng)建一個(gè)更可靠、高效的機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)，首先要認(rèn)識(shí)兩者的各自優(yōu)勢(shì)和局限性。
從2D視覺(jué)技術(shù)開(kāi)始
2D技術(shù)起步較早，技術(shù)也相對(duì)成熟，在過(guò)去的30年中已被證明在廣泛的自動(dòng)化和產(chǎn)品質(zhì)量控制過(guò)程中非常有效。
2D技術(shù)根據(jù)灰度或彩色圖像中對(duì)比度的特征提供結(jié)果。 2D適用于缺失/存在檢測(cè)、離散對(duì)象分析、圖案對(duì)齊、條形碼和光學(xué)字符識(shí)別(OCR)以及基于邊緣檢測(cè)的各種二維幾何分析，用于擬合線條、弧線、圓形及其關(guān)系(距離，角度，交叉點(diǎn)等)。
模式匹配：處理零件變化的關(guān)鍵
2D視覺(jué)技術(shù)在很大程度上由基于輪廓的圖案匹配驅(qū)動(dòng)，以識(shí)別部件的位置，尺寸和方向。 技術(shù)人員可以使用2D來(lái)識(shí)別零件并創(chuàng)建動(dòng)態(tài)適應(yīng)零件位置，角度和尺寸的檢測(cè)工具，從而實(shí)現(xiàn)零件移動(dòng)的穩(wěn)健測(cè)量。 今天的模式匹配處理遮擋，雜波，失真，對(duì)比度反轉(zhuǎn)，重疊的部分和不均勻的照明。
無(wú)法測(cè)量形狀
2D傳感器不支持與形狀相關(guān)的測(cè)量。 例如，2D傳感器不能夠測(cè)量諸如物體平面度，表面角度，部分體積，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。
易受變量照明條件的影響
由于照明決定了邊緣位置和測(cè)量精度，因此傳感器視野范圍內(nèi)的照明變化有時(shí)會(huì)導(dǎo)致邊緣測(cè)量誤差，除非使用特定的技術(shù)來(lái)補(bǔ)償這種影響。 在工廠條件下，照明變化是生產(chǎn)車間意外環(huán)境或現(xiàn)場(chǎng)來(lái)源的共同挑戰(zhàn)。
有限的對(duì)比度補(bǔ)償
2D傳感器依賴于測(cè)量物體的對(duì)比度(邊緣數(shù)據(jù))，例如，這意味著它們無(wú)法測(cè)量黑色背景上的黑色物體，或者在沒(méi)有特定光照的情況下區(qū)分部分特征來(lái)暴露邊緣的存在和定義。
對(duì)物體運(yùn)動(dòng)敏感
由于元件移動(dòng)造成的誤差，二維傳感器需要沿光軸(Z軸)精確固定，使用尺度不變特征檢測(cè)，或者使用大型遠(yuǎn)心光學(xué)元件(必須與FOV尺寸相匹配)來(lái)消除影響。
結(jié)合2D和3D技術(shù)
3D視覺(jué)通過(guò)添加描述形狀的第二層數(shù)據(jù)來(lái)建立在2D的成熟功能上，這對(duì)于設(shè)計(jì)高度可靠的測(cè)量系統(tǒng)至關(guān)重要。
3D視覺(jué)的好處
更豐富的數(shù)據(jù)采集
3D視覺(jué)可以測(cè)量產(chǎn)生2D系統(tǒng)不能的形狀信息。 因此，可以測(cè)量與形狀相關(guān)的特征，例如物體平直度，表面角度和體積。
測(cè)量穩(wěn)定性
3D傳感器中的所有組件都被牢固地安裝在單個(gè)光機(jī)械組件上，以確保重復(fù)性，焦距相對(duì)于發(fā)射器和成像器平面鎖定在位，并且包括溫度補(bǔ)償功能，以便糾正由于金屬蠕變而引起的移動(dòng)。
精度和重復(fù)性
利用3D機(jī)器視覺(jué)提供的深度測(cè)量信息，由于物體位置(距傳感器的距離)而導(dǎo)致的誤差不再可能，這意味著物體可以在傳感器的測(cè)量體積內(nèi)的任何位置移動(dòng)，并仍能得到準(zhǔn)確的結(jié)果。 這簡(jiǎn)化了物體固定要求，并降低了系統(tǒng)設(shè)計(jì)和維護(hù)成本。
多傳感器拼接
3D機(jī)器視覺(jué)的另一個(gè)好處是能夠使用已知的偽像將來(lái)自相對(duì)較少的多個(gè)掃描儀的3D點(diǎn)云拼接在一起，從而校準(zhǔn)到通用坐標(biāo)系。 例如，可以用多個(gè)掃描儀掃描諸如卡車框架的大物體。 定位和對(duì)準(zhǔn)數(shù)以百計(jì)的二維相機(jī)，并使用攝影測(cè)量法來(lái)生成三維模型要比使用少量高精度的三維掃描儀更加復(fù)雜和不準(zhǔn)確。
精密機(jī)器人視覺(jué)指導(dǎo)
工業(yè)機(jī)器人在三維世界中工作。 盲人機(jī)器人僅限于執(zhí)行重復(fù)和結(jié)構(gòu)化的任務(wù)。 3D機(jī)器視覺(jué)使機(jī)器人能夠感知其物理環(huán)境的變化，并相應(yīng)地進(jìn)行調(diào)整，從而在基本應(yīng)用中提高了靈活性，實(shí)用性和速度，例如拾放。
為什么選擇3D機(jī)器視覺(jué)?
對(duì)比度不變，是檢查低對(duì)比度物體的理想選擇
體積測(cè)量(X，Y和Z軸)提供形狀和位置
對(duì)較小的照明變化或環(huán)境光不敏感
集成的光學(xué)，照明和校準(zhǔn)功能提高了重復(fù)性
建立大型物體檢測(cè)的多傳感器設(shè)置更簡(jiǎn)單
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