Których technologii kamer 3D potrzebuję?

W świecie automatyzacji przemysłowej i widzenia maszynowego wybór sprzętu do obrazowania ma kluczowe znaczenie. Kamera 3D (lub kamera głębi) oferuje znacznie więcej informacji niż konwencjonalny obraz 2D: dostarcza danych o geometrii, położeniu przestrzennym i kształcie powierzchni. 

Których technologii kamer 3D potrzebuję?

Jeśli określasz kamerę przemysłową dla systemu wizyjnego, ważne jest, aby zrozumieć, która technologia kamery 3D pasuje do Twojego zastosowania. Ten artykuł przedstawia historię technologii kamer 3D, porównuje główne typy i pomaga zdecydować, która metoda jest odpowiednia dla Twojego rozwiązania widzenia maszynowego.

Historia technologii Kamer 3D w widzeniu maszynowym

Początki widzenia maszynowego sięgają dekad wstecz i obejmują ewolucję od prostych systemów inspekcji 2D do zaawansowanego pomiaru głębi 3D. Termin „widzenie maszynowe” odnosi się do zautomatyzowanej inspekcji opartej na obrazowaniu, prowadzenia robotów i sterowania procesami w przemyśle.
Równolegle metody obrazowania 3D zaczęto stosować w przemyśle; pierwsze skanery laserowe 3D istniały w latach 60., głównie eksperymentalnie do profilowania powierzchni. Z czasem, wraz z rozwojem czujników i przetwarzania, widzenie maszynowe 3D stało się możliwe w zastosowaniach kamer przemysłowych i widzenia maszynowego.


Na przykład technologie 3D, takie jak skanowanie światłem strukturalnym, widzenie stereoskopowe i time-of-flight (ToF), pojawiły się i stopniowo dojrzewały. Gdy sprzęt stał się bardziej wytrzymały do zastosowania na halach produkcyjnych i w robotach, określenie „kamera przemysłowa” rozszerzono na kamery 3D (a nie tylko 2D).


Obecnie, określając przemysłową kamerę 3D do zadań widzenia maszynowego, takich jak inspekcja, prowadzenie robotów, sortowanie itd., należy znać zalety i ograniczenia każdej technologii bazowej.

History of 3D Camera Technologies in Machine Vision

Porównanie głównych technologii kamer 3D

Oto tabela porównawcza najczęściej stosowanych technologii kamer 3D używanych w kontekście widzenia maszynowego/kamer przemysłowych:tekst wykresu tutaj.

Technologia kamer 3D Zasada Typowe mocne strony zastosowań Ograniczenia

Stereo Vision

Dwie lub więcej kamer rejestruje obrazy z różnych punktów widzenia; głębia jest obliczana poprzez triangulację odpowiadających sobie cech.

Pasywne (bez aktywnej projekcji), dobre w warunkach światła otoczenia, niższy koszt; przydatne do pick and place oraz prowadzenia robota, gdy występuje tekstura.

Wymaga dobrej tekstury lub cech do dopasowania; jakość spada na powierzchniach o niskim kontraście, lustrzanych i przezroczystych; wrażliwe na kalibrację.

Światło strukturalne (projekcja prążków)

Znany wzorzec świetlny (paski, siatka) jest rzutowany na obiekt, deformacja wzorca jest rejestrowana przez kamery i wykorzystywana do obliczania głębokości.

Wysoka precyzja, dobra rozdzielczość, często stosowane do małych i średnich części, inspekcji, metrologii.

Może być wrażliwy na światło otoczenia lub powierzchnie odblaskowe; ograniczona odległość projekcji; wolniejszy (wymaga wielu wzorów), chyba że zastosowano wersję wysokiej prędkości.

Czas przelotu (ToF)

Mierzy czas potrzebny impulsowi świetlnemu na dotarcie do obiektu i z powrotem; bezpośredni pomiar głębokości dla każdego piksela.

Jednorazowe rejestrowanie głębi, odpowiednie dla większych objętości, dynamicznych scen (robotyka, logistyka, bin picking).

Rozdzielczość głębi nie jest tak wysoka jak w przypadku światła strukturalnego; problemy z wieloma ścieżkami/odbiciami; czasami niższa rozdzielczość przestrzenna; zakłócenia powodowane przez promieniowanie IR z otoczenia.

Skanowanie laserowe/ Kurtyna świetlna/ Triangulacja laserowa

Linia laserowa lub kurtyna świetlna przesuwa się po obiekcie; kamera obserwuje deformację lub przemieszczenie odbitej linii laserowej, aby obliczyć głębię.

Bardzo wysoka precyzja pomiaru profilu, duże odległości pomiarowe, dobre do dużych części lub powierzchni.

Często wymaga skanowania mechanicznego, jest wolniejsze w przypadku pełnego 3D, wymaga względnego ruchu kamery i obiektu zainteresowania; wyższy koszt; mniej odpowiednie do szybkiego rejestrowania całej sceny.

Jakiej technologii potrzebujesz do swojego zadania z zakresu widzenia maszynowego?

Gdy decydujesz „jakiej technologii kamery 3D potrzebuję?”, weź pod uwagę następujące kryteria:

Odległość robocza/ pole widzenia: Czy rozważasz zastosowanie bin picking o dużej objętości, czy precyzyjne zadanie inspekcyjne małych części?

  • W przypadku bardzo wysokiej rozdzielczości na krótkich odległościach: światło strukturalne jest często idealnym rozwiązaniem.
  • W przypadku dużych objętości, dynamicznego pobierania lub szerszego pola: ToF lub widzenie stereoskopowe mogą sprawdzić się lepiej.

Szybkość/Dynamiczne sceny: Czy potrzebujesz rejestracji pojedynczego ujęcia (poruszające się obiekty, ramiona robotów)?

  • ToF umożliwia szybsze pozyskiwanie głębi (na klatkę) niż wiele systemów światła strukturalnego z wieloma wzorami.

Precyzja/Rozdzielczość: Czy wymagana jest wysoka dokładność (mikrony)?

  • Światło strukturalne lub triangulacja laserowa zapewniają doskonałą precyzję: widzenie stereoskopowe/Time-of-Flight może wymieniać rozdzielczość na szybkość/objętość.

Oświetlenie otoczenia/Środowisko: Czy instalacja znajduje się w kontrolowanym oświetleniu, czy na hali produkcyjnej o zmiennym oświetleniu?

  • Systemy projekcyjne (światło strukturalne) mogą być podatne na światło otoczenia; widzenie stereoskopowe i Time-of-Flight mogą być bardziej odporne w trudnych warunkach oświetleniowych.

Budżet/Złożoność integracji: Prostsze systemy widzenia stereoskopowego mogą kosztować mniej; systemy światła strukturalnego i laserowe mogą wymagać większej kalibracji i konfiguracji.

Zalecane ogólne wytyczne

  • Jeśli zadanie widzenia maszynowego polega na kontroli jakości małych części i wymaga wysokiej dokładności, wybierz kamerę 3D ze światłem strukturalnym.
  • Jeśli realizujesz zrobotyzowane pick & place, logistykę lub bin picking, gdzie obiekty się poruszają i potrzebujesz szybkości oraz dużego zakresu objętości, rozważ ToF lub system hybrydowy.
  • Jeśli masz scenariusz z dobrą teksturą, umiarkowanym zakresem objętości i chcesz rozwiązanie o niższym koszcie, widzenie stereoskopowe może być wystarczające.
  • W przypadku dużych powierzchni, profili lub tradycyjnej metrologii w produkcji, skanowanie laserowe/ triangulacja pozostają istotne.

Technologia bazowa ma znaczenie: widzenie stereoskopowe, światło strukturalne, Time-of-Flight, triangulacja laserowa — każda z nich wiąże się z odmiennymi kompromisami. Przy specyfikowaniu kamery przemysłowej do widzenia maszynowego należy zapytać: jaka jest objętość robocza, jaka powierzchnia jest przedmiotem zainteresowania, jaka precyzja jest wymagana, jak szybko system musi działać oraz w jakich warunkach oświetleniowych/ środowiskowych?

Dopasowując zastosowanie do właściwej technologii kamery 3D, zapewniasz lepszą wydajność, niższe ryzyko integracji i bardziej niezawodne rozwiązanie widzenia maszynowego.

Końcowe uwagi dotyczące wyboru odpowiedniej technologii kamer 3D

Każda technologia kamer 3D ma swoje miejsce w środowisku przemysłowym. Systemy światła strukturalnego wyróżniają się precyzją; kamery ToF z łatwością obsługują dynamiczne sceny; widzenie stereoskopowe jest przystępne cenowo i elastyczne; a triangulacja laserowa pozostaje rozwiązaniem pierwszego wyboru w przypadku pomiarów o wysokiej dokładności.

Po prawidłowym wdrożeniu kamera 3D może podnieść możliwości systemu wizyjnego, zapewniając lepszą automatyzację, skrócenie przestojów i wiarygodne dane do kontroli procesu.

FAQ'S

Najważniejszym czynnikiem są wymagania dotyczące zastosowania. Odległość robocza, rozmiar obiektu, właściwości powierzchni, wymagana dokładność, prędkość oraz warunki oświetlenia otoczenia określają, która technologia kamery 3D jest najbardziej odpowiednia.

Nie. każda technologia kamery 3D ma swoje zalety i ograniczenia. Światło strukturalne doskonale sprawdza się w inspekcji o wysokiej precyzji, Time-of-Flight jest idealne do dynamicznych scen o dużej objętości, widzenie stereoskopowe dobrze działa w przypadku teksturowanych obiektów przy niższych kosztach, a triangulacja laserowa najlepiej nadaje się do profilowania o wysokiej dokładności.

Czy Time-of-Flight nadaje się do zastosowań wymagających precyzji? Kamery Time-of-Flight są zazwyczaj lepiej przystosowane do zastosowań wymagających szybkości, pokrycia objętości i rejestracji w czasie rzeczywistym niż bardzo wysokiej precyzji. W przypadku dokładności na poziomie mikronów zwykle preferowane są światło strukturalne lub triangulacja laserowa. Więcej informacji tutaj. (Link zwrotny: artykuł ToF)

Charakterystyka powierzchni odgrywa istotną rolę. Powierzchnie teksturowane dobrze nadają się do widzenia stereoskopowego, podczas gdy błyszczące lub przezroczyste obiekty mogą stanowić wyzwanie zarówno dla systemów stereoskopowych, jak i wykorzystujących światło strukturalne. Technologia Time-of-Flight może działać lepiej w takich przypadkach, choć powierzchnie odblaskowe nadal mogą powodować błędy.

Oświetlenie otoczenia może znacząco wpływać na wydajność obrazowania 3D. Systemy światła strukturalnego są bardziej wrażliwe na silne oświetlenie otoczenia, podczas gdy systemy widzenia stereoskopowego i Time-of-Flight są zazwyczaj bardziej odporne w zmiennych lub trudnych warunkach oświetleniowych w środowisku przemysłowym.

Wybór odpowiedniej kamery 3D do zastosowania w widzeniu maszynowym może być trudny, ale nie musisz podejmować decyzji samodzielnie.

Skontaktuj się z VA Imaging

Skontaktuj się z naszymi ekspertami już dziś, aby omówić wymagania dotyczące Twojego projektu. Pomożemy Ci określić optymalną technologię kamery 3D i przeprowadzimy Cię przez proces integracji, kalibracji oraz konfiguracji systemu, aby zapewnić najwyższą dokładność i wydajność w Twoim zastosowaniu przemysłowym.

Skontaktuj się z nami za pośrednictwem poniższego formularza, aby rozpocząć budowę systemu wizyjnego nowej generacji.