3D視覺(jué)技術(shù)必須發(fā)展適應(yīng)不斷變化的市場(chǎng)條件

3D視覺(jué)技術(shù)必須發(fā)展并適應(yīng)不斷變化的市場(chǎng)條件，尤其是在加速變革的時(shí)期。例如，全球爆發(fā)的新冠肺炎疫情幾乎改變了生活的方方面面。不同類(lèi)型的3D技術(shù)適用于同行不同的任務(wù)和應(yīng)用無(wú)論是立體視覺(jué)、激光三角測(cè)量、結(jié)構(gòu)光、飛行時(shí)間(ToF)還是其他技術(shù)，3D成像技術(shù)都在向更多市場(chǎng)發(fā)展和擴(kuò)展，幫助終端用戶(hù)和原始設(shè)備制造商解決新的具有挑戰(zhàn)性的成像問(wèn)題。

使用三維區(qū)域掃描技術(shù)

由于新冠肺炎疫情的爆發(fā)，人們以前所未有的需求轉(zhuǎn)向電商平臺(tái)，這對(duì)參與物流、倉(cāng)儲(chǔ)、包裝的公司提出了巨大的挑戰(zhàn)，這些公司被迫不斷擴(kuò)大運(yùn)營(yíng)的規(guī)模和業(yè)務(wù)，許多物流和倉(cāng)儲(chǔ)應(yīng)用——包括貨物的交付、倉(cāng)儲(chǔ)和包裝，這些很大程度上依賴(lài)于各種類(lèi)型的3D成像技術(shù)。

“集裝箱揀選應(yīng)用需要實(shí)現(xiàn)區(qū)域掃描和3D點(diǎn)云。雖然容器拾取是最廣為人知的事實(shí)，但它是最難實(shí)現(xiàn)的3D類(lèi)型之一。”Integro  Technologies首席視覺(jué)系統(tǒng)架構(gòu)師David  Dechow表示，“目前，大多數(shù)集裝箱揀選無(wú)法滿(mǎn)足所有客戶(hù)的需求，因?yàn)樗枰獦O高的速度、隨機(jī)揀選以及像人一樣移動(dòng)的機(jī)器人。”

使用飛行時(shí)間計(jì)算和測(cè)量

雖然立體視覺(jué)、結(jié)構(gòu)光等區(qū)域掃描的3D技術(shù)可能有助于集裝箱揀選的應(yīng)用，但飛行時(shí)間(ToF)技術(shù)更有助于完成測(cè)量和計(jì)算箱子尺寸等任務(wù)。

LUCID  Vision  Labs的新Helios2 ToF相機(jī)針對(duì)物流、物料搬運(yùn)和機(jī)器人應(yīng)用。與舊版Helios相比，新相機(jī)透光率提升2.5倍，3D精度提升50%以上?？蛻?hù)需求是公司不斷突破技術(shù)極限的動(dòng)力。LUCID公司創(chuàng)始人兼總裁Rod  Barman表示：“考慮到這一點(diǎn)，我們將最新技術(shù)集成到設(shè)計(jì)的產(chǎn)品中，以應(yīng)對(duì)當(dāng)前和未來(lái)潛在的應(yīng)用挑戰(zhàn)，例如尺寸測(cè)量、機(jī)器人和AGV。”

對(duì)于康耐視來(lái)說(shuō)，物流領(lǐng)域3D應(yīng)用最大的需求就是箱體尺寸標(biāo)注，尤其是零件在運(yùn)動(dòng)的時(shí)候。過(guò)去，在這樣的應(yīng)用中，通常使用多個(gè)激光器和一個(gè)外部攝像機(jī)來(lái)幫助捕獲圖像。然而，現(xiàn)在，通過(guò)一個(gè)類(lèi)似于3D-A1000的系統(tǒng)，結(jié)合了2D和3D的智能相機(jī)可以從網(wǎng)絡(luò)界面快速標(biāo)注尺寸。

康耐視3D產(chǎn)品高級(jí)總監(jiān)兼業(yè)務(wù)經(jīng)理John  Keating解釋說(shuō)，“使用A1000系統(tǒng)可以簡(jiǎn)化設(shè)置。這是一個(gè)基于網(wǎng)絡(luò)的界面，但它仍然是一個(gè)視線(xiàn)攝像頭，提供了一個(gè)簡(jiǎn)單的設(shè)置練習(xí)。”部署3D應(yīng)用越容易，人們對(duì)3D的擔(dān)憂(yōu)就越少。

基廷表示，隨著客戶(hù)在3D-A1000上的成功，在物流領(lǐng)域開(kāi)辟了新的3D應(yīng)用，例如在經(jīng)典的空托盤(pán)場(chǎng)景中定位物體，這是一個(gè)長(zhǎng)期以來(lái)都很難的應(yīng)用。

對(duì)于Matrox  Imaging公司3D傳感器產(chǎn)品經(jīng)理Mathieu  Larouche來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)應(yīng)用(如用于取貨和碼垛箱子的視覺(jué)引導(dǎo)機(jī)器人以及箱子尺寸測(cè)量)也是3D成像背后的重要驅(qū)動(dòng)力。為了讓客戶(hù)更方便，Matrox還積極參與了對(duì)膝電公司GenDC模塊的支持，旨在規(guī)范3D相機(jī)/傳感器與應(yīng)用軟件之間的組件數(shù)據(jù)交換。

就市場(chǎng)的潛在影響而言，Larouche認(rèn)為，3D成像一個(gè)潛在的有趣領(lǐng)域是將深度學(xué)習(xí)應(yīng)用于3D成像，以促進(jìn)后者的使用。

循環(huán)時(shí)間注意事項(xiàng)

CapSen  Robotics首席執(zhí)行官賈里德格洛弗(Jared  Glover)表示，包裝也越來(lái)越依賴(lài)3D視覺(jué)，但最終用戶(hù)和原始設(shè)備制造商必須提前考慮周期時(shí)間要求，以避免任何問(wèn)題。

在許多3D視覺(jué)引導(dǎo)的機(jī)器人應(yīng)用中，機(jī)器人在拾取或釋放貨物時(shí)以不同的方式移動(dòng)。例如，與重復(fù)相同動(dòng)作的機(jī)器人相比，三維視覺(jué)引導(dǎo)機(jī)器人的周期時(shí)間不太穩(wěn)定，這就是為什么在生產(chǎn)線(xiàn)設(shè)計(jì)中考慮這一因素很重要。應(yīng)在揀選機(jī)器人之前和之后建立額外的緩沖區(qū)，或者如果有必要達(dá)到一定的周期時(shí)間而沒(méi)有偏差，則應(yīng)增加額外的機(jī)器人作為冗余。

該公司在設(shè)計(jì)其CapSen  PiC集裝箱揀選產(chǎn)品時(shí)考慮了這些周期時(shí)間。該系統(tǒng)采用高度加速的專(zhuān)有GPU數(shù)學(xué)庫(kù)、并行圖像處理和運(yùn)動(dòng)控制，在傳統(tǒng)6軸機(jī)器人上實(shí)現(xiàn)了低至2秒的循環(huán)時(shí)間?；⒄f(shuō)：“考慮到這樣的場(chǎng)景，箱子里裝滿(mǎn)了瓶子，必須處理傾斜等問(wèn)題。“當(dāng)瓶子四處移動(dòng)時(shí)，2D視覺(jué)會(huì)有問(wèn)題，但三維視覺(jué)提供了理解深度的能力。”與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，康耐視全新的In-Sight  3D-L4000嵌入式視覺(jué)系統(tǒng)能夠讓用戶(hù)直接將視覺(jué)工具應(yīng)用到零部件的3D圖像中，可以提供更高的精度，從而擴(kuò)展了可以執(zhí)行的檢查類(lèi)型。

康耐視在幫助客戶(hù)快速解決包裝問(wèn)題方面具有巨大潛力。例如，當(dāng)客戶(hù)需要看到較低級(jí)別混合的特定區(qū)域下方時(shí)，3D成像解決了這個(gè)問(wèn)題。

為工廠(chǎng)內(nèi)外的軟件打開(kāi)新的大門(mén)。

一些可能被認(rèn)為是傳統(tǒng)機(jī)器視覺(jué)的應(yīng)用也受益于3D視覺(jué)。以鐵路檢查為例。高速、連續(xù)振動(dòng)和惡劣的環(huán)境條件可能會(huì)給三維鐵路檢測(cè)的應(yīng)用帶來(lái)困難。但是，如果安裝正確，通過(guò)檢查軌道輪廓和輪輞的磨損和損壞，將有助于防止事故并確保安全可靠的運(yùn)行。這是Photonfocus基于三角測(cè)量的相機(jī)的一個(gè)流行應(yīng)用，它使用一個(gè)外部激光器和一個(gè)單獨(dú)的相機(jī)，而不是一個(gè)集成單元。

Photonfocus為這類(lèi)應(yīng)用提供了一些特定的優(yōu)勢(shì)，包括名為L(zhǎng)inLog的相機(jī)固件功能，該功能允許相機(jī)實(shí)時(shí)執(zhí)行高動(dòng)態(tài)范圍成像。用戶(hù)可以通過(guò)使用LinLog來(lái)獲得明亮和黑暗的條件，LinLog為檢查目的提供了平均圖像。

檢測(cè)多條激光線(xiàn)輪廓是一項(xiàng)復(fù)雜的檢測(cè)任務(wù)。Photonfocus通過(guò)其多峰值線(xiàn)性濾波器算法提供了這一功能。例如，激光束被鏡子反射時(shí)，會(huì)四處反彈，形成一條主線(xiàn)和許多副線(xiàn)。Photonfocus算法可以幫助OEM找到合適的激光線(xiàn)進(jìn)行檢查。

“我們?cè)?D算法方面有豐富的經(jīng)驗(yàn)，并且總是根據(jù)客戶(hù)的需求進(jìn)行改進(jìn)，”Photonfocus的固件/設(shè)計(jì)經(jīng)理烈斗蓮哈特說(shuō)例如，當(dāng)掃描金屬或玻璃時(shí)，反射的固有問(wèn)題可以在算法中解決。這是我們?yōu)榭蛻?hù)并行檢測(cè)多條線(xiàn)路的主要原因之一，也是我們的3D解決方案與其他幾個(gè)市場(chǎng)一起部署在鐵路檢測(cè)的原因。"

對(duì)于希望開(kāi)發(fā)自己的專(zhuān)用3D成像系統(tǒng)的機(jī)器制造商和系統(tǒng)集成商來(lái)說(shuō)，Euresys  Open  eVision軟件中包含的Easy3D庫(kù)等軟件工具可以幫助他們開(kāi)發(fā)3D機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)應(yīng)用。該公司美洲區(qū)銷(xiāo)售和支持副總裁Mike  Cyros解釋說(shuō)，例如，如果客戶(hù)想要使用一條或兩條投射到移動(dòng)表面上的激光線(xiàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)3D成像系統(tǒng)，則需要提取激光線(xiàn)，然后將其轉(zhuǎn)換為3D處理和分析所需的高度圖或3D點(diǎn)云。

他說(shuō)：“除了Easy3D軟件庫(kù)，Euresys還通過(guò)我們的Coaxlink  Quad  3D-LLE圖像采集卡為這類(lèi)應(yīng)用提供現(xiàn)成的硬件，該卡可以自動(dòng)、即時(shí)地從CoaXPress相機(jī)中提取激光線(xiàn)。“我們沒(méi)有提供功能固定的完整3D解決方案，而是為客戶(hù)提供必要的構(gòu)建模塊，讓他們更容易構(gòu)建自己的3D視覺(jué)系統(tǒng)。”Easy3D軟件和Coaxlink  Quad  3D-LLE為系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員提供了一系列易于使用的功能。

不斷發(fā)展的三維成像技術(shù)

3D成像技術(shù)持續(xù)發(fā)展，可能達(dá)到拐點(diǎn)。約翰基廷建議人們開(kāi)始將3D視為一個(gè)通用術(shù)語(yǔ)，指的是以不同方式創(chuàng)建3D圖像的不同設(shè)備的集合，就像2D相機(jī)以不同方式創(chuàng)建2D圖像一樣。

“3D不能被視為單一類(lèi)型的技術(shù)，因?yàn)槲覀冇谢诩す獾姆椒āw行時(shí)間、立體視覺(jué)等類(lèi)型。”他說(shuō)，“我認(rèn)為人們開(kāi)始動(dòng)搖他們對(duì)3D的先入為主的想法，并將開(kāi)始以與2D更相似的方式考慮它。”

甚至有時(shí)候3D成像技術(shù)的名字也不一樣。市場(chǎng)上很多公司都不會(huì)用同一個(gè)名字來(lái)稱(chēng)呼自己的產(chǎn)品，但是用其他名字的解決方案還是可以提高生產(chǎn)力的，這才是最重要的。