SICK 3D機器視覺原理及應用

　　3D視覺產品提供了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，也大大的刺激了3D技術的革新。隨著3D視覺越來越成熟，在發展的過程中，涌現出了很多種原理的新技術產品，其中主要有：激光三角測量原理、時間飛行原理(TOF)、結構光原理以及雙目視覺原理。

　　SICK作為全球性的為工業領域提供完整解決方案的專業傳感器供應商，亦深耕3D產品多年，為需求市場也帶來了一系列出色的3D產品和解決方案。

(SICK 3D相機原理示意圖)

　　下面我們來聊一聊SICK 3D機器視覺原理和其對應的產品與應用。

激光三角測量原理

　　激光三角測量原理是測量系統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不同，從而根據變換關系獲取激光線表面高度信息(即剖面數據)。通過測量系統與物體的相對移動，完成不同位置的剖面收集，進而拼接生成3D圖像。

　　SICK 3D激光三角測量的系列產品及特點：

　　1. Trispector/TrispectorP

　　智能/可編程的一體式3D 相機

　　相機可進行圖像處理，便于嵌入應用，同時支持輸出圖像功能

　　2. RulerX/RulerXC/RulerXR/Ruler3000系列(一體式3D相機)和Ranger3系列(分體式3D相機)

　　采用 ROCC 技術的SICK M30 CMOS新一代傳感器

　　采樣頻率：全幅模式可達7 KHz, AOI模式可達46 KHz

　　可同時提供高度圖、反射圖和漫反射圖多種圖像數據

　　典型使用場景如下：

時間飛行原理(TOF)

　　時間飛行原理(TOF)是通過發射光脈沖(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。

　　SICK 時間飛行(TOF)的相關產品系列產品及特點：

　　1. Visionary-T：

　　每秒拍攝多達 50幅 3D 圖像

　　每次拍攝 144 x 176 像素

　　抗環境光干擾能力：高達50K lux

　　防護等級：IP67

　　2. Visionary-T Mini：

　　高分辨率500 X 400pixels

　　傳輸速率高達 30幀/S

　　3D點云智能過濾功能

　　防護等級：IP67 & IP69K

　　工作環境溫度-10℃...+50℃

　　客戶受益：

　　緊湊型外觀設計

　　過濾可提高數據質量，提高表現性能

　　易于設置和配置，適用于廣泛的應用

　　基于AppSpace平臺開發各種應用APP

　　典型使用場景如下：

　　1. 防碰撞：

　　檢測地面上的物體，例如顯示的載人叉車或起重機

　　2. 碼垛和拆垛：

　　檢測可用和占用區域，以控制和優化托盤處理解決方案

　　3. 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

　　4. 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

　　5. 自動行李托運：

　　在自動落袋柜臺檢測袋子的體積;在圖中，由于沒有按下箱子的把手，因此超出了允許的尺寸

　　6. 質量檢查：

　　通過將圖像與預定義模型進行比較以識別不適當的狀況，從而檢測不良偏差;在圖像中，座椅上有一把螺絲刀

結構光原理

　　結構光原理是向物體投射出黑白相間的結構性光束，這些光束由于物體表面形狀的不同而產生變形，表現在圖像中則是結構性光束發生了變形和扭曲，即高差變化和不連續，高差變化的程度用于計算深度，不連續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。將結構光照明與成熟的彩色攝像技術相結合，實時提供彩色深度圖像(即包含三維坐標和RGB信息的點云數據)。使用多相機不同角度拍攝場景的兩幅圖像疊加在一起，使復現的圖像更準確，質量更佳。

　　SICK 3D結構光的系列產品及特點：

　　Visionary-S系列：

　　每秒多達 30張 彩色深度 圖像

　　分辨率：640px * 512px;

　　更大的視野范圍：60°* 50°;檢測距離：0.5 ~ 6.5m

　　抗干擾能力更強：可在黑暗和最大 40k lx 的環境光下工作

　　溫度范圍：0℃ ... 50℃(取決于外殼);防護等級：IP67

　　HDR 模式

　　典型使用場景如下：

　　1.商品尺寸標注?？梢允褂?3D 快照圖像對貨物進行靜態測量

　　2. Bin-Picking：3D 攝像頭為機械臂定位提供數據

　　3. 碼垛和卸垛

　　4. 港口：集裝箱定位

雙目視覺原理

　　雙目視覺原理根據通過兩個鏡頭平行拍攝物體，并將影像疊合，處理單元根據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。后續又發展衍生多目視覺系統。

　　通常分為如下過程：

　　傳感器頭捕獲原始 3D 數據，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容，并解析創建出深度圖像。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。

　　1. 獲取不同視角的2個圖像

　　2.疊加兩張圖片

　　3. 創建具有深度信息的圖像

　　SICK 3D雙目視覺的系列產品及特點：

　　Visionary-B系列：

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

　　更大溫度范圍：從 ?40℃ 至 +75℃

　　專為惡劣的戶外環境設計：IP69K防護等級?？稍趶娏业年柟?、雨水下工作。

　　智能圖像處理：物體的分類和定位

　　二合一解決方案：每秒各八幅 3D 圖像和 2D 圖像

　　可進行近來幾小時的活動記錄

　　典型使用場景如下：

　　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

　　礦業：

　　? 駕駛輔助和碰撞警告

　　? 自動轉向

　　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

　　? 物體和車輛監控

　　農林：

　　? 液位監控

　　? 線路引導

　　? 料堆檢測

　　? 駕駛輔助和碰撞警告

　　SICK是工業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相機系列產品，適用于不同行業的不同應用場合。我們在各行各業擁有著豐富的經驗，會根據客戶的需求測試并優化系統解決方案。SICK 是值得您信賴的供應商和研發合作伙伴!

（來源：西克）