3D視覺技術(shù)必須發(fā)展并適應(yīng)不斷變化的市場條件——尤其是在加速變化的時期，例如新冠肺炎疫情在全球爆發(fā)，幾乎改變了生活的方方面面。不同類型的3D技術(shù)適用于不同行業(yè)的不同任務(wù)和應(yīng)用。無論是立體視覺、激光三角測量、結(jié)構(gòu)光、飛行時間(ToF)還是其他技術(shù)，3D成像技術(shù)都在不斷發(fā)展，并擴(kuò)展到更多的市場，幫助最終用戶和原始設(shè)備制造商解決新的和具有挑戰(zhàn)性的成像問題。
使用3D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)向電子商務(wù)平臺，這涉及物流、倉儲和包裝。公司提出了巨大的挑戰(zhàn)，這些公司被迫不斷擴(kuò)大經(jīng)營和業(yè)務(wù)規(guī)模。許多物流和倉儲應(yīng)用，包括貨物的交付、倉儲和包裝，嚴(yán)重依賴于各種類型的3D成像技術(shù)。
“集裝箱揀選應(yīng)用程序需要實現(xiàn)區(qū)域掃描和3D點(diǎn)云。雖然集裝箱揀選可以說是最廣為人知的事實，但它是最難實現(xiàn)的3D類型之一。”集成技術(shù)公司公司首席視覺系統(tǒng)架構(gòu)師大衛(wèi)·德紹(David Dechow)表示，“目前，大多數(shù)集裝箱揀選都無法滿足所有客戶的需求，因為它需要極高的速度、隨機(jī)揀選和機(jī)器人像人一樣移動。”
使用飛行時間計算和測量
雖然立體視覺和結(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，但飛行時間(ToF)技術(shù)更有助于完成測量和計算集裝箱尺寸等任務(wù)。
LUCID Vision Labs的新Helios2 ToF相機(jī)旨在物流、材料處理和機(jī)器人應(yīng)用。與舊版Helios相比，新相機(jī)的透光率提高了2.5倍，3D精度提高了50%以上。客戶的需求是公司不斷突破技術(shù)極限的動力。透明的公司創(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)融入到設(shè)計的產(chǎn)品中，以應(yīng)對當(dāng)前和未來的潛在應(yīng)用挑戰(zhàn)，如尺寸測量、機(jī)器人和AGV。”
對于康耐視來說，3D應(yīng)用在物流領(lǐng)域最大的需求就是盒子尺寸標(biāo)注，尤其是零件在運(yùn)動中移動的時候。過去，在這種應(yīng)用中，通常使用多個激光器和一個外部攝像頭來幫助捕捉圖像。然而，現(xiàn)在，通過一個類似于3D-A1000的系統(tǒng)，結(jié)合2D和3D的智能相機(jī)可以從網(wǎng)絡(luò)界面快速確定尺寸。
康耐視3D產(chǎn)品高級總監(jiān)兼業(yè)務(wù)經(jīng)理John Keating解釋說:“使用A1000系統(tǒng)可以簡化設(shè)置。這是一個基于網(wǎng)絡(luò)的界面，但它仍然是一個可視攝像頭，提供了一個簡單的設(shè)置練習(xí)。”部署3D應(yīng)用程序越容易，人們對3D的擔(dān)憂就越少。
基廷表示，隨著客戶在3D-A1000中的成功，在物流領(lǐng)域開辟了新的3D應(yīng)用，例如在經(jīng)典的空托盤場景中定位物體，這在很長一段時間內(nèi)都是一個困難的應(yīng)用。
對于Matrox成像公司3D sensor的產(chǎn)品經(jīng)理Mathieu Larouche表示，傳統(tǒng)應(yīng)用，如用于箱子揀選和碼垛以及箱子尺寸測量的視覺引導(dǎo)機(jī)器人，也是3D成像背后的重要驅(qū)動力。為了方便顧客，Matrox公司還積極參與支持GenICam的GenDC模塊，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。
就市場的潛在影響而言，拉羅什認(rèn)為，3D成像的一個潛在有趣領(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)時間中的注意事項
包裝應(yīng)用也越來越依賴3D視覺，CapSen Robotics。公司首席執(zhí)行官賈里德·格洛弗說，但最終用戶和原始設(shè)備制造商必須提前考慮周期時間的要求，以避免任何問題。
在許多三維視覺導(dǎo)航機(jī)器人應(yīng)用中，機(jī)器人每次拾取或釋放貨物時都以不同的方式移動。例如，與重復(fù)相同動作的機(jī)器人相比，3D視覺導(dǎo)航機(jī)器人的周期時間不太穩(wěn)定，這就是為什么在生產(chǎn)線設(shè)計中考慮這一因素很重要。在揀選機(jī)器人前后應(yīng)建立額外的緩沖區(qū)，或者如果需要達(dá)到一定的循環(huán)時間而不出現(xiàn)偏差，應(yīng)增加額外的機(jī)器人作為冗余。
應(yīng)該公司在設(shè)計CapSen PiC容器揀選產(chǎn)品時，考慮了這些周期時間。該系統(tǒng)使用高度加速的專有GPU數(shù)學(xué)庫、并行圖像處理和運(yùn)動控制，在傳統(tǒng)的6軸機(jī)器人上實現(xiàn)低至兩秒的周期時間。
基廷說:“考慮一個場景，箱子里裝滿了瓶子，你必須處理傾斜等問題。”“當(dāng)瓶子四處移動時，2D視覺會出現(xiàn)問題，但3D視覺提供了理解深度的能力。”與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，康耐視的全新In-Sight 3D-L4000嵌入式視覺系統(tǒng)使用戶能夠直接將視覺工具應(yīng)用于組件的3D圖像，可以提供更高的精度，從而擴(kuò)展了可以進(jìn)行的檢測類型。
康耐視已經(jīng)看到了幫助客戶快速解決包裝問題的巨大潛力。例如，當(dāng)客戶需要看到較低水平混合的特定區(qū)域下方時，3D成像解決了這一問題。
軟件為工廠內(nèi)外打開了新的大門。
傳統(tǒng)機(jī)器視覺之外的一些應(yīng)用也受益于3D視覺。以鐵路檢查為例。高速、連續(xù)振動和惡劣的環(huán)境條件可能會給三維鐵路檢測的應(yīng)用帶來困難。但是，如果安裝正確，檢查履帶輪廓和輪輞的磨損和損壞將有助于防止事故發(fā)生，并確保安全可靠的運(yùn)行。這是Photonfocus。公司基于三角測量的照相機(jī)的一個流行應(yīng)用是使用外部激光器和單獨(dú)的照相機(jī)，而不是集成單元。
Photonfocus為這類應(yīng)用提供了一些特定的優(yōu)勢，包括一個名為LinLog的相機(jī)內(nèi)固件功能，允許相機(jī)實時執(zhí)行高動態(tài)范圍成像。用戶可以在明亮和黑暗的條件下使用LinLog，它提供了可用于檢查目的的平均圖像。
檢測多條激光線的輪廓是一項復(fù)雜的檢測任務(wù)。Photonfocus通過其多峰譜線查找算法提供這一功能。比如激光束被鏡子反射后，會四處反彈，形成一條主線和許多副線。Photonfocus算法可以幫助OEM找到合適的激光線進(jìn)行檢測。
Photonfocus表示:“我們在3D算法方面擁有豐富的經(jīng)驗，并且總是根據(jù)客戶的需求進(jìn)行改進(jìn)。”公司固件/設(shè)計總監(jiān)烈斗·萊恩哈特(Andrew Lienhardt)說，“例如，在掃描金屬或玻璃時，反射的固有問題可以在算法中解決。這是我們?yōu)榭蛻舨⑿袡z測多條線路的主要原因之一，也是我們的3D解決方案與其他幾個市場一起部署到鐵路檢測的原因。”
面向希望開發(fā)自己的專用3D成像系統(tǒng)的機(jī)器制造商和系統(tǒng)集成商。公司Open eVision軟件中包含的Easy3D庫和其他軟件工具可以幫助它開發(fā)3D機(jī)器視覺檢測應(yīng)用程序。例如，如果客戶希望使用一條或兩條投影到移動表面上的激光線來實現(xiàn)3D成像系統(tǒng)，則需要提取激光線，然后將其轉(zhuǎn)換為高度圖或3D點(diǎn)云，這是3D處理和分析所需要的。公司美洲銷售和支持副總裁Mike Cyros解釋道。
“除了Easy3D軟件庫，Euresys還通過我們的Coaxlink Quad 3D-LLE圖像采集卡為這類應(yīng)用提供現(xiàn)成的硬件，該采集卡可以自動、即時地從CoaXPress相機(jī)中提取激光線，”他說。“我們不提供完整的固定功能3D解決方案，而是為客戶提供必要的構(gòu)建模塊，以便他們可以更輕松地構(gòu)建自己的3D視覺系統(tǒng)。”Easy3D軟件和Coaxlink Quad 3D-LLE為系統(tǒng)開發(fā)人員提供了廣泛易用的功能。
不斷發(fā)展三維成像技術(shù)
3D成像技術(shù)繼續(xù)發(fā)展，可能會達(dá)到一個拐點(diǎn)。約翰·基廷建議人們開始將3D視為一個通用術(shù)語，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不能被視為單一類型的技術(shù)，因為我們有基于激光的方法、飛行時間、立體視覺和其他類型。”他說，“我認(rèn)為人們開始動搖他們對3D的先入為主的想法，并開始以更類似于2D的方式來思考它。”
甚至有時3D成像技術(shù)的名稱是不同的。許多公司他們的產(chǎn)品在市場上不會被冠以同一個名字，但是使用其他名字的解決方案仍然可以提高生產(chǎn)力，這才是最重要的。