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3D機(jī)器視覺的由來及技術(shù)特點(diǎn)「4項(xiàng)技術(shù)說明」

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。