3D技術解決機器視覺問題

當前機器視覺主流的檢測手段還是依賴2D相機，即從灰度圖中提取被測物特征，在X-Y平面內進行測量。當遇到需要高度測量或需要Z方向信息，如需要測高度、測深度、測厚度、測平面度、測體積、測磨損等情況時，2D視覺往往無能為力。甚者在被測物灰度圖像對比度較差，無法準確提取被測物特征值時，往往可以考慮通過高度分割進行特征提取并測量，這時，3D視覺技術就成為解決機器視覺問題的重要檢測手段。

　　結構光三角測量法原理
　　3D視覺技術的原理之一是結構光三角測量法。這個模型中主要包括2D相機、鏡頭、激光器、標定算法等內容。主要利用2D相機中拍攝到的激光線形變，通過三角公式即可獲取被測物的高度信息。原理圖如圖1所示：

　　結構光三角測量法安裝方式
　　結構光三角測量法的安裝方法是一個重要影響因素，目前市場上流行的方法是激光線直射被測物，2D相機與激光器成一定角度（即測量角）拍攝，如圖2所示。

　　2D相機的分辨率、安裝的測量角都會影響到Z向分辨率。2D相機分辨率越大，Z向分辨率就越大，但由于輸出了過多的無用數據，會影響到掃描速度的提高；測量角越大，Z向分辨率也越大，但盲區也會越大。因此，搭建3D視覺系統時，需要綜合考慮被測物實際情況，選擇合適的相機和安裝方法。
　　除2D相機和測量角外，激光器的光束質量也是影響測量精度的主要因素。選擇一個非高斯光束和均勻度好的激光器，對于提高測量精度非常重要，如圖3所示。

　　3D視覺技術方案
　　目前市場上流行有三種3D視覺技術方案：第一種方案是使用2D相機、鏡頭、激光器等視覺組件，及標定算法搭建3D視覺系統，如圖4，圖5所示。

　　標定算法可以使用Halcon在PC機上實現，也可以使用SiliconSoftware的VD4卡在板卡上實現，降低PC機CPU負載。此種方案安裝靈活，成本較低，但對技術人員水平要求較高，系統開發周期長。
　　第二種方案是使用分體式3D相機、鏡頭、激光器等視覺組件搭建，如圖6所示。

　　標定算法在3D相機上實現，相機直接輸出被測物高度數據和灰度數據，減小無用數據輸出，從而可以得到2D相機無法實現的高幀率。此種方案安裝靈活，掃描速度較高，成本適中，開發周期相對第一種方案較短，適合于高精度和高速3D測量領域。
　　第三種方案是直接使用一體式3D傳感器Gocator產品，如圖7所示。

　　該3D傳感器把2D相機、鏡頭、激光器、標定算法集成在一起，出廠前標定完畢，開箱即可用于測量，開發周期較短；外形緊湊，封裝等級較高，適合于需要短時間內完成，對成本控制不嚴格，相機安裝空間小，環境惡劣的項目。第三種方案因為降低了技術人員前期的系統搭建要求，技術人員完全可以把精力用在后期的3D圖像處理上，因此是目前Zui流行的一種方案。
　　PCB板管腳是否缺失，或者短缺。使用1只一體式3D傳感器——Gocator2330。視野范圍：70mm，針腳高度：3mm，針腳直徑：0.3mm，精度要求：0.03mm，如圖8所示。

　　總之，隨著機器視覺領域測量技術的多元化發展，3D視覺技術必將成為一種重要的檢測手段。
　　自從大恒圖像推出3D產品Gocator后，3D視覺技術在中國越來越受到歡迎和重視。大恒圖像是機器視覺領域內Zui大的3D產品提供商，可以提供包括3D視覺組件，分體式3D相機，一體式3D傳感器在內的一整套完整3D視覺技術方案。近年來，3D視覺領域的市場容量也在快速增加，相信3D市場必將成為機器視覺的一個主流的重要檢測手段。???????