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3D结构光技术

目前机器视觉主流的检测手段还是依赖2D相机,即从灰度图中提取被测物特征,在X-Y平面内进行测量。当遇到需要高度测量或需要Z方向信息,如需要测高度、测深度、测厚度、测平面度、测体积、测磨损等情况时,2D视觉往往无能为力,甚者在被测物灰度图像对比度较差,无法准确提取被测物特征值时,往往可以考虑通过高度分割进行特征提取并测量,这时,3D视觉技术就成为解决机器视觉问题的重要检测手段。

3D视觉技术的原理之一是结构光三角测量法。这个模型中主要包括2D相机、镜头、激光器、标定算法等内容。主要利用2D相机中拍摄到的激光线形变,通过三角公式即可获取被测物的高度信息。报告详细阐述了结构光三角测量法的安装方法,对比了各安装方法的优缺点。标准的安装方法是激光器直射被测物,2D相机与激光器成一定角度(即测量角)拍摄。2D相机的分辨率、安装的测量角都会影响到Z向分辨率。2D相机分辨率越大,Z向分辨率就越大,但由于输出了过多的无用数据,会影响到扫描速度的提高;测量角越大,Z向分辨率也越大,但盲区也会越大。因此,搭建3D视觉系统时,需要综合考虑被测物实际情况,选择合适的相机和安装方法。除2D相机和测量角外,激光器的光束质量也是影响测量精度的主要因素。选择一个非高斯光束和均匀度好的激光器,对于提高测量精度非常重要。
    目前市场上流行的三种3D视觉技术方案,分析了三种3D视觉技术方案的优缺点。第一种方案是使用2D相机、镜头、激光器等视觉组件,及标定算法搭建3D视觉系统,标定算法可以使用HALCONPC机上实现,也可以使用SiliconSoftwareVD4卡在板卡上实现,降低PCCPU负载。此种方案安装灵活,成本较低,但对技术人员水平要求较高,系统开发周期长。第二种方案是使用分体式3D相机、镜头、激光器等视觉组件搭建,标定算法在3D相机上实现,相机直接输出被测物高度数据和灰度数据,减小无用数据输出,从而可以得到2D相机无法实现的高帧率。此种方案安装灵活,扫描速度较高,成本适中,开发周期相对第一种方案较短,适合于高精度和高速3D测量领域。第三种方案是直接使用一体式3D传感器Gocator产品。该3D传感器把2D相机、镜头、激光器、标定算法集成在一起,出厂前标定完毕,开箱即可用于测量,开发周期较短;外形紧凑,封装等级较高,适合于需要短时间内完成,对成本控制不严格,相机安装空间小,环境恶劣的项目。第三种方案因为降低了技术人员前期的系统搭建要求,技术人员完全可以把精力用在后期的3D图像处理上,因此是目前最流行的一种方案。

总之,随着机器视觉领域测量技术的多元化发展,3D视觉技术必将成为一种重要的检测手段。

加拿大LMI Technologies Inc., 是世界上最早专注于3D智能传感器研发、生产和销售的高科技企业,具备30多年的历史,拥有一百多种视觉测量领域专利,已帮助全球数以万计的客户实现了在各种复杂工业应用环境下的高精度在线三维测量,其产品被视为非接触式3D测量及检测领域的标准。