Шеньчжень V-Plus Technologies Co., Ltd.

2D або 3D Machine Vision Чому не обидва

2D або 3D Machine Vision? Чому не обидва?

Не так багато років тому конструктори систем та інтегратори робили все, що могли, щоб уникнути 3D-бачення машини. Це вимагало складних систем освітлення, великої обчислювальної потужності, більше техніки та ще більше грошей.

Сьогодні, із збільшенням обчислювальної потужності та новішими, більш швидкими датчиками камер CMOS, обладнання для машинного зору 3D та постачальники програмного забезпечення спростили налаштування системи 3D, додавши ще більше можливостей до своїх продуктів, наприклад, використовуючи як 2D, так і 3D зображення, щоб зробити їхні системи рівномірними більш надійний. Як результат, програми, які ніколи не врахували б вартість 3D, застосовують цю технологію з рекордними темпами.

2D проти 2,5D проти 3D
Будь-яке обговорення 3D-зображень починається з визначення термінів. Стандартне 2D-зображення машинного зору є плоским, відкаліброваним для вимірювання довжини та ширини, але воно не надає жодної інформації про висоту. Наступний крок, 2.5D, включає інформацію про вісь Z або висоту на додаток до осей X та Y; він також надає інформацію, яка дозволяє системі машинного зору оцінювати обертання об'єктів (крок та похил) навколо двох із трьох вимірів. Справжній 3D забезпечує інформацію про X, Y та Z, а також інформацію про обертання навколо всіх трьох осей (rX, rY та rZ). Для «святого Грааля» тривимірного бачення - збору сміттєвих ящиків - та багатьох інших нових додатків підійде лише 3D.

«3D-зір та збір ящиків для роботів дуже тісно пов’язані між собою, - пояснює Джим Андерсон, менеджер з продуктів - Vision у SICK, Inc. (Міннеаполіс, Міннесота). "Такі провидці, як Аділ Шафі, працювали над цим протягом 15 років, але зараз збирання сміття справді починає приносити свої плоди".

Такі компанії, як SICK, спрощують впровадження найскладніших програм машинного зору, використовуючи обчислювальні потужності та інтелектуальне програмне забезпечення. Наприклад, SICK пропонує продуктивну систему збору сміття, відому як точне розташування деталей в засіках (PLB), яка поєднує систему машинного зору на основі лазерної триангуляції зі спеціалізованим програмним забезпеченням, що враховує всі сторонні міркування для успішного застосування збору сміття .

Краще програмне забезпечення 3D
«Історично все програмне забезпечення 3D базувалося на двовимірних алгоритмах, які використовувались у форматі 3D, - говорить Ніколас Тібо, менеджер з продуктів Vision Solutions в компанії LEONI Engineering Products & Services (озеро Оріон, штат Мічиган). «Зараз компанії пропонують належні 3D-інструменти, які полегшують весь додаток. І це не лише питання 2D або 3D. Наприклад, під час збирання сміттєвих ящиків ви повинні мати належні захоплювачі. Програмне забезпечення повинно враховувати захват і переконуватись, що воно не зіткнеться зі стінками смітника - і не просто знайти орієнтацію деталей, але й знати, де ви можете захопити його, а де ні, виходячи з геометрії деталі. На щастя, ми можемо використовувати FPGA та інші інструменти, щоб пришвидшити весь процес, але з точки зору інтегратора є ще багато чого розглянути ».

4 (1)

Не кожна програма для керівництва роботом вимагає повноцінного 3D. За словами Еда Роні, менеджера з національних рахунків та експерта з машинного зору в FANUC America Corp. (Рочестер Хіллз, Мічиган), “багато разів все, що повинен знати робот, це відстань до об’єкта з точки зору робота. У цих випадках 2.5D може працювати нормально. Але якщо деталь не розташована на рівній поверхні або масштаб деталі невідомий, 3D-хмара точок - це шлях. Але навіть коли предмет знаходиться на рівній поверхні, як коробки на піддоні, відсутність контрасту може стати причиною переходу в тривимірне зображення. Робот, що використовує 2D або 2,5D, може бути не в змозі легко визначити, де закінчується одна коробка, а починається інша, оскільки між двома коробочками недостатньо контрасту. "

Структуроване світло - це один із способів, як такі компанії, як SICK та Tordivel AS (Осло, Норвегія), створюють контраст у тривимірних зображеннях. Tordivel, найвідоміший завдяки своїй бібліотеці машинного зору Scorpion Vision, нещодавно випустив камеру Scorpion 3D Stinger. На відміну від більшості стереовізійних камер, які генерують значення Z для кожного пікселя на основі незначних відмінностей у зображеннях, отриманих двома окремими камерами, вбудованими в єдиний корпус і відокремленими відомою відстанню, Tordivel поєднує стереовізію з лазерною проекцією.

"Проектор випадкових шаблонів (RPP) гарантує, що об'єкт матиме достатню текстуру для надійних стереовізійних розрахунків", - говорить Тор Волсет, генеральний директор Tordivel. «Я б стверджував, що лазерна тріангуляція є менш складною, ніж стереозір, оскільки тривимірні точки формуються на основі кута між камерою та лазером, насправді це просте двовимірне обчислення. Калібрована 3D-камера знає, куди рухаються всі пікселі у просторі. Це використовується для переміщення між двовимірними та тривимірними зображеннями за допомогою пози об’єкта 3D для вилучення найбільш точних 3D-координат з дуже точних країв у 2D-зображеннях. У лазерному сканері триангуляції краї неможливо точно описати, оскільки для опису 3D-точки зазвичай потрібно кілька пікселів. Я б стверджував, що більшість хмар 3D-точок насправді мають набагато менше інформації, ніж 2D-зображення ". [Примітка: Прихильники лазерної тріангуляції кажуть, що їхні системи пропонують кращу роздільну здатність 3D, ніж стереоскопічну, але врешті-решт, це зводиться до протистояння, швидкості лазерного сканування, роздільної здатності камери та інших факторів.]

«За допомогою нашої камери Scorpion 3D Stinger та супутнього програмного забезпечення ми створюємо щільну хмару точок 3D та супутній набір 2D-зображень із високою роздільною здатністю», - додає Воллсет. «Починаючи з тривимірного зображення, ви можете встановити позу об’єкта або площину об’єкта, а потім перейти до 2D-зображення, де ми робимо найбільш точні 3D-виміри. Два роки тому я не думав, що це можливо. Але тепер ми можемо витягнути з міліметровою точністю кожну точку в зоні видимості європалети 800 мм х 1200 мм х 1000 м за секунду. Для цього при лазерному скануванні може знадобитися від 2 до 5 секунд, залежно від часу лазерного сканування. Ще однією перевагою стереовізії є те, що ми можемо отримувати тривимірні дані від рухомих об’єктів без затримок ». 

4 (2)
2D та 3D: найкраще з обох світів
Хоча стереоскопічні системи можуть генерувати як 2D-зображення з високою роздільною здатністю, так і 3D-зображення як для покращення даних, так і для полегшення користування системою, не кожна програма має нерухомість для стереоскопічної камери.

Завдяки високошвидкісним CMOS-датчикам одна камера може збирати як 2D-зображення з високою роздільною здатністю, так і 3D-дані за допомогою лазерної тріангуляції. "Наприклад, ви можете не тільки зробити кожну 1000-ту рамку у градаціях сірого або кольорові зображення з високою роздільною здатністю, але ви можете встановити різні області в полі зору камери та збирати як тривимірні, так і двовимірні дані, або обидва", - зазначає Андерсон із SICK.

Такі можливості приносять нових клієнтів до 3D-машинного бачення. "У нас є клієнти в галузі закусок, які використовують 3D для вимірювання 100% свого продукту, коли він проходить нижче камери на конвеєрі", - говорить Андерсон. “Якщо ви обіцяєте 5-дюймовий. шоколадку, а ви виробляєте лише плитку розміром 4,9 дюйма, це шахрайство. Тож ви допускаєте їх від 5 до 5,2 дюйма, щоб переконатися, що ви в безпеці. Але якщо ви зможете скоротити це до 5,05 дюйма, ця компанія заощадить мільйони доларів щороку. Саме для цього був розроблений наш новий Ranger E, який забезпечує кольорові зображення з високою роздільною здатністю, а також тривимірну лазерну триангуляцію 3D ». Також нещодавно SICK представив стаціонарне 3D-сканування об’єктів за технологією, подібною до 2D-сканерів для зчитування коду на основі зображень.

У міру появи нових рішень, які полегшують новим користувачам машинного зору впровадження технології 3D, інсайдери очікують, що ринок буде продовжувати розширюватися. "Багатовимірна візуалізація, безумовно, зростає", - зазначає Роні з FANUC. "Ми бачимо, що більше клієнтів просять про це, тому що 3D стало таким же простим у користуванні, як 2D-машинне бачення".


Час публікації: листопад-01-2019