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3D機器視覺的由來及技術特點「4項技術說明」

3D機器視覺的由來

3D機器視覺是在傳統(tǒng)的“2D”二維機器視覺技術的基礎上衍生出來的新技術。

3D機器視覺的技術特點

由于2D視覺無法獲得物體的空間坐標信息，所以不支持與形狀相關的測量，如物體平面度、表面角度、體積或者區(qū)分相同顏色的物體之類的特征或者在具有接觸側(cè)的物體位置之間進行區(qū)分，而且用2D 視覺測量物體的對比度，這意味著特別依賴于光照和顏色或者灰度變化，測量精度易受照明條件變量的影響。而3D機器視覺可以獲得物體的三維信息，從而完成平面度、角度、體積等測量。此外，在傳統(tǒng)二維中，一些無對比度但有深度區(qū)別的檢測場景，都可以用 3D 視覺完成檢測。

4項技術說明

1、雙目視覺技術

雙目視覺技術是目前應用較為廣泛的 3D 視覺系統(tǒng)，它的原理就像我們?nèi)说膬芍谎劬?，用兩個視點觀察同一景物，以獲取在不同視角下的感知圖像然后通過三角測量原理計算圖像的視差，來獲被測物的三維信息。由于雙目技術原理簡單，不需要使用特殊的發(fā)射器和接收器，只需要在自然光照下就能獲得三維信息，所以雙目技術具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、實現(xiàn)靈活和成本低的優(yōu)點適合于制造現(xiàn)場的在線產(chǎn)品檢測和質(zhì)量控制。不過，雙目技術的劣勢是算法復雜，計算量大光照較暗或者過度曝光的情況下效果差。

2、TOF(飛行時間法成像)技術

TOF 是 Time Of Flight 的簡寫，它的原理是通過給目標物連續(xù)發(fā)送光脈沖，然后用傳感器接收從物體返回的光，通過探測光脈沖的飛行時間來得到目標物距離。TOF 技術的核心部件是光源和感光接收模塊，由于 TOF 技術是根據(jù)公式直接輸出深度信息，不需要用類似雙目視覺的算法來計算，所以具有響應快、軟件簡單，識別距離遠的特點。而且，由于不需要進行灰度圖像的獲取與分析，因此不受外界光照及物體表面性質(zhì)的影響。TOF 技術的缺點是分辨率低，不能精密成像且成本高。

3、結(jié)構(gòu)光技術

結(jié)構(gòu)光技術通過一個光源投射出一束結(jié)構(gòu)光，這束結(jié)構(gòu)光不是普通的光，而是具備一定結(jié)構(gòu)(比如黑白相間)的光線打到想要測量的物體上表面。因為物體的不同的形狀，會對這樣的一些條紋或斑點導致不同的變形，有這樣的變形之后通過算法就可以計算出距離、形狀、尺寸等信息，從而獲得物體的三維圖像。由于3D 結(jié)構(gòu)光技術既不需要用很精準的時間延時來測量，又解決了雙日中匹配算法的復雜度和魯棒性問題，所以具有計算簡單測量精度較高的優(yōu)勢，而且對于弱光環(huán)境無明顯紋理和形狀變化的表面同樣可進行精密測量，所以越來越多的 3D 視覺高端應用采用結(jié)構(gòu)光技術

4、激光三角測量法

激光三角測量法基于光學三角原理，根據(jù)光源、物體和檢測器三者之間的幾何成像關系來確定空間物體各點的三維坐標。通常用激光作為光源，用 CCD 相機作為檢測器，具有結(jié)構(gòu)光技術 3D 視覺的優(yōu)點，精準、快速、成本低。不過由于根據(jù)三角原理，被測物體越遠，在 CCD 上的位置差別越小，所以激光三角測量法在近距離下的精度很高，但是隨著距離越來越遠，其測量的精度會越來越差。圖 1-20所示為激光三角測量法原理。