Hvilke 3D-kamerateknologier har jeg brug for?

I verdenen af industriel automatisering og Machine Vision er valget af billedbehandlingsudstyr afgørende. Et 3D-kamera (eller dybdekamera) giver langt mere information end et konventionelt 2D-billede: Det leverer data om geometri, rumlig position og overfladeform. 

Hvilke 3D-kamerateknologier har jeg brug for?

Hvis du specificerer et industrielt kamera til et Machine Vision-system, er det vigtigt at forstå, hvilken 3D-kamerateknologi der passer til din applikation. Denne artikel gennemgår historien bag 3D-kamerateknologier, sammenligner de vigtigste typer og hjælper dig med at afgøre, hvilken metode der er den rette til din Machine Vision-løsning.

Historien om 3D-kamerateknologier inden for Machine Vision

Rødderne til Machine Vision går årtier tilbage og har udviklet sig fra simple 2D-inspektionssystemer til avanceret 3D-dybdeføling. Begrebet “Machine Vision” henviser til billedbehandlingsbaseret automatiseret inspektion, robotstyring og proceskontrol i industrien.
Parallelt hermed begyndte 3D-billedbehandlingsmetoder at blive anvendt i industrien. De tidlige 3D-laserscannere fandtes i 1960'erne og blev primært brugt eksperimentelt til overfladeprofilering. Med tiden, efterhånden som sensorer og behandling blev forbedret, blev 3D vision anvendelig til applikationer med industrielle kameraer og Machine Vision.


For eksempel opstod og modnedes 3D-teknologier såsom scanning med struktureret lys, stereo vision og time-of-flight (ToF) gradvist. Efterhånden som udstyret blev mere robust til fabriksgulve og robotter, blev betegnelsen “industrielt kamera” udvidet til at omfatte 3D-kameraer (frem for kun 2D).


I dag skal du, når du specificerer et industrielt 3D-kamera til Machine Vision-opgaver såsom inspektion, robotstyring, sortering osv., kende styrkerne og begrænsningerne ved hver underliggende teknologi.

History of 3D Camera Technologies in Machine Vision

Sammenligning af de vigtigste 3D-kamerateknologier

Her er en sammenligningstabel over de mest almindelige 3D-kamerateknologier, der anvendes i Machine Vision-/industrielle kamerakontekster:graftekst her.

3D-kamerateknologi Princip##numerusform Typiske styrker ved Applikationer Begrænsninger

Stereo Vision

To eller flere kameraer optager billeder fra forskellige synsvinkler; dybden beregnes ved triangulering af tilsvarende funktioner.

Passiv (ingen aktiv projektion), velegnet til scenarier med omgivende lys, lavere omkostninger; nyttig til pick-and-place og robotstyring, hvor der er tekstur.

Kræver god tekstur eller tydelige elementer til matchning; kvaliteten falder på overflader med lav kontrast, spejlende eller transparente overflader; kalibreringsfølsom.

Struktureret lys (frynseprojektion)

Et kendt lysmønster (striber, gitter) projiceres på objektet, mønstrets deformation opfanges af kameraer og bruges til at beregne dybden.

Høj præcision, god opløsning, ofte anvendt til små til mellemstore emner, inspektion, metrologi.

Kan være følsom over for omgivende lys eller reflekterende overflader; begrænset projektionsafstand; langsommere (kræver flere mønstre), medmindre der anvendes en højhastighedsversion.

Tid for flyvning (ToF)

Måler den tid, det tager for en lyspuls at bevæge sig til objektet og tilbage; direkte dybdemåling pr. pixel.

Enkeltoptagelses-dybdeoptagelse, velegnet til større volumener, dynamiske scener (robotteknologi, logistik, bin picking).

Dybdeopløsningen er ikke så høj som ved struktureret lys; problemer med flervejsrefleksioner/refleksioner; undertiden lavere rumlig opløsning; interferens fra omgivende IR-lys.

Laserscanning/lysforhæng/lasertriangulering

En laserlinje eller et lysgardinsystem bevæger sig hen over objektet; kameraet observerer deformation eller forskydning af den reflekterede laserlinje for at beregne dybden.

Meget høj præcision til profilmåling, lange måleafstande, velegnet til store dele eller overflader.

Ofte med mekanisk scanning, langsommere til komplet 3D, kræver relativ bevægelse mellem kamera og objektet af interesse; højere omkostninger; mindre egnet til optagelse af hele scener ved høj hastighed.

Hvilken teknologi har du brug for til din Machine Vision-opgave?

Når du skal beslutte “hvilken 3D-kamerateknologi har jeg brug for?”, bør du overveje følgende kriterier:

Arbejdsafstand/synsfelt: Ser du på en applikation til plukning fra kasser med stort volumen eller en detaljeret inspektionsopgave af små dele?

  • Til meget høj opløsning på korte afstande er struktureret lys ofte ideelt.
  • Til store volumener, dynamisk plukning eller bredere synsfelt kan ToF eller stereovision være bedre egnet.

Hastighed/dynamiske scener: Har du brug for single-shot-optagelse (objekter i bevægelse, robotarme)?

  • ToF muliggør hurtigere dybdeoptagelse (pr. frame) end mange strukturerede lyssystemer med flere mønstre.

Præcision/opløsning: Er høj nøjagtighed (mikrometer) et krav?

  • Struktureret lys eller lasertriangulering udmærker sig ved præcision: stereovision/Time-of-Flight kan bytte opløsning for hastighed/volumen.

Omgivelseslys/miljø: Er installationen i kontrolleret belysning eller på fabriksgulvet med variabel belysning?

  • Projektionssystemer (struktureret lys) kan påvirkes af omgivelseslys; stereovision og Time-of-Flight kan være mere robuste ved krævende lysforhold.

Budget/integrationskompleksitet: Enklere stereovisionssystemer kan koste mindre; struktureret lys- og lasersystemer kan kræve mere kalibrering og opsætning.

Anbefalet grov vejledning

  • Hvis din Machine Vision-opgave er kvalitetsinspektion af små dele, og du har brug for høj nøjagtighed, skal du vælge et 3D-kamera med struktureret lys.
  • Hvis du arbejder med robotbaseret pick-and-place, logistik eller bin picking, hvor objekter bevæger sig, og du har brug for hastighed og volumen, bør du overveje ToF eller et hybridsystem.
  • Hvis du har et scenarie med god tekstur, moderat volumen, og du ønsker en løsning til lavere omkostninger, kan stereovision være tilstrækkeligt.
  • Til store overflader, profiler eller traditionel metrologi i fremstilling er laserscanning/triangulering fortsat relevant.

Den underliggende teknologi er vigtig: stereovision, struktureret lys, Time-of-Flight og lasertriangulering medfører hver især forskellige afvejninger. Når du specificerer et industrielt kamera til Machine Vision, bør du spørge: Hvad er arbejdsvolumenet, hvilken overflade er af interesse, hvilken præcision kræves, hvor hurtigt skal systemet reagere, og under hvilke belysnings-/miljøforhold?

Ved at tilpasse din applikation til den korrekte 3D-kamerateknologi sikrer du bedre ydeevne, lavere integrationsrisiko og en mere pålidelig Machine Vision-løsning.

Afsluttende overvejelser om valg af den rette 3D-kamerateknologi

Enhver 3D-kamerateknologi har sin plads i det industrielle landskab. Systemer med struktureret lys udmærker sig ved præcision; ToF-kameraer håndterer dynamiske scener med lethed; stereovision er prisvenlig og fleksibel; og lasertriangulering er fortsat det foretrukne valg til målinger med høj nøjagtighed.

Når et 3D-kamera implementeres korrekt, kan det løfte dit Machine Vision-system og levere bedre automatisering, reduceret nedetid og pålidelige data til processtyring.

FAQ'S

Den vigtigste faktor er applikationskravet. Arbejdsafstand, objektstørrelse, overfladeegenskaber, påkrævet nøjagtighed, hastighed og lysforhold i omgivelserne afgør alle, hvilken 3D-kamerateknologi der er mest egnet.

Nej. Hver 3D-kamerateknologi har styrker og begrænsninger. Struktureret lys udmærker sig ved inspektion med høj præcision, Time-of-Flight er ideel til dynamiske scener og scener med stort volumen, stereovision fungerer godt til teksturerede objekter til en lavere pris, og lasertriangulering er bedst til profilering med høj nøjagtighed.

Er Time-of-Flight egnet til præcisionsapplikationer? Time-of-Flight-kameraer er generelt bedre egnet til applikationer, der kræver hastighed, volumendækning og realtidsoptagelse, frem for ultrahøj præcision. Til nøjagtighed på mikronniveau foretrækkes typisk struktureret lys eller lasertriangulering. Læs mere her. (Backlink: ToF-artikel)

Overfladekarakteristika spiller en væsentlig rolle. Teksturerede overflader er velegnede til stereovision, mens blanke eller gennemsigtige objekter kan udfordre både stereo- og struktureret lys-systemer. Time-of-Flight kan fungere bedre i sådanne tilfælde, selv om reflekterende overflader stadig kan medføre fejl.

Omgivelsesbelysning kan have betydelig indvirkning på 3D-billedbehandlingsydeevnen. Systemer med struktureret lys er mere følsomme over for kraftigt omgivelseslys, mens stereovision- og Time-of-Flight-systemer typisk er mere robuste under varierende eller krævende industrielle belysningsforhold.

Det kan være udfordrende at vælge det rigtige 3D-kamera til din Machine Vision-applikation, men du behøver ikke træffe beslutningen alene.

Kontakt VA Imaging

Kontakt vores eksperter i dag for at drøfte kravene til dit projekt. Vi hjælper dig med at identificere den optimale 3D-kamerateknologi og guider dig gennem integration, kalibrering og systemopsætning for at sikre den højeste nøjagtighed og ydeevne til din industrielle applikation.

Kontakt os via formularen nedenfor for at begynde at opbygge dit næste generations vision-system.