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圖片來(lái)源 ：康耐視

作者：Jimmy Carroll

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——尤其是在加速變化的時(shí)期，例如新冠疫情的全球爆發(fā)幾乎改變了生活的方方面面。不同類(lèi)型的 3D 技術(shù)適合不同行業(yè)的不同任務(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)正在不斷發(fā)展并擴(kuò)展到更多的市場(chǎng)，幫助最終用戶(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。

由于 COVID-19 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(tái)，對(duì)涉及物流、倉(cāng)儲(chǔ)和包裝的公司提出了巨大的挑戰(zhàn)，這些公司被迫不斷地?cái)U(kuò)大運(yùn)營(yíng)規(guī)模和業(yè)務(wù)。很多物流和倉(cāng)儲(chǔ)應(yīng)用程序——包括貨物的交付、倉(cāng)儲(chǔ)和包裝，在很大程度上依賴(lài)于各種類(lèi)型的 3D 成像技術(shù)。

“貨箱揀選應(yīng)用程序需要實(shí)施區(qū)域掃描和 3D 點(diǎn)云。盡管貨箱揀選可以說(shuō)是最廣為人知的事實(shí)，但它卻是最難實(shí)施的 3D 類(lèi)型之一。” Integro Technologies 公司首席視覺(jué)系統(tǒng)架構(gòu)師 David Dechow 說(shuō)，“目前，大多數(shù)貨箱揀選還不能滿(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，并且需要機(jī)器人像人一樣移動(dòng)?！?

雖然立體視覺(jué)和結(jié)構(gòu)光等區(qū)域掃描 3D 技術(shù)可能有助于貨箱揀選應(yīng)用，但飛行時(shí)間 (ToF)  技術(shù)更有助于完成諸如測(cè)量和計(jì)算箱子尺寸之 類(lèi)的任務(wù)。

LUCID Vision Labs 的新型 Helios2 ToF 相機(jī)針對(duì)物流、物料搬運(yùn)和機(jī)器人應(yīng)用，與舊版本的Helios相比，新型相機(jī)的透光率提高2.5倍， 3D 精度提高了 50% 以上。客戶(hù)的需求是該公司不斷突破技術(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)融入設(shè)計(jì)的產(chǎn)品以適應(yīng)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)于康耐視而言，物流領(lǐng)域中 3D 應(yīng)用的最大需求是盒子尺寸標(biāo)注，尤其是當(dāng)零件在運(yùn)動(dòng)中移動(dòng)時(shí)。過(guò)去，在此類(lèi)應(yīng)用中，通常采用多個(gè)激光器和一個(gè)外部攝像頭有助于捕獲圖像。但是，現(xiàn)在通過(guò)類(lèi)似于 3D-A1000 的系統(tǒng)，將 2D 和 3D 結(jié)合在一起的智能相機(jī)可以從 web 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)部門(mén)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) In-Sight 攝像頭，它提供了一個(gè)簡(jiǎn)單的設(shè)置演練?！?D 的應(yīng)用部署越容易，人們對(duì) 3D 的擔(dān)憂(yōu)就越少。

Keating 表示，隨著客戶(hù)在 3D-A1000 上 取得成功，物流領(lǐng)域開(kāi)辟了新的 3D 應(yīng)用程序，例如在經(jīng)典的空托盤(pán)場(chǎng)景中定位物體，這在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)一直是一個(gè)困難的應(yīng)用。

對(duì)于 Matrox Imaging 公司 3D 傳感器產(chǎn)品經(jīng)理 Mathieu Larouche 而言，傳統(tǒng)應(yīng)用，例如用于揀箱和碼垛的視覺(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)更輕松，Matrox 公司還積極參與對(duì) GenICam 的 GenDC 模塊的支持，旨在標(biāo)準(zhǔn)化 3D 相機(jī) / 傳感器和應(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 成像的一個(gè)潛在的有趣領(lǐng)域是將深度學(xué)習(xí)應(yīng)用于 3D 成像，以推廣后者的使用。

包裝應(yīng)用也越來(lái)越多地依賴(lài)于 3D 視覺(jué)，CapSen Robotics 公司首席執(zhí)行官 Jared Glover 表示，但最終用戶(hù) 和 OEM 廠(chǎng)商必須預(yù)先考慮周期時(shí)間需求，以避免出現(xiàn)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)器人在每次取貨或放貨時(shí)的移動(dòng)方式是不同的，比如說(shuō)，與重復(fù)相同動(dòng)作的機(jī)器人相比，3D 視覺(jué)引導(dǎo)機(jī)器人的周期時(shí)間不會(huì)太穩(wěn)定，這就是為什么在生產(chǎn)線(xiàn)設(shè)計(jì)中考慮這個(gè)因素很重要。應(yīng)該在揀選機(jī)器人前后建立額外的緩沖區(qū)，或者如果需要在沒(méi)有偏差的情況下達(dá)到一定的周期時(shí)間， 應(yīng)該增加額外的機(jī)器人作為冗余。

該公司設(shè)計(jì)其 CapSen PiC 貨箱揀選產(chǎn)品時(shí)就考慮了這些周期時(shí)間。該系統(tǒng)使用高度加速的專(zhuān)有 GPU 數(shù)學(xué)庫(kù)以及并行圖像處理和運(yùn)動(dòng)控制，在傳統(tǒng) 6  軸機(jī)器人上實(shí)現(xiàn)低至兩秒的循環(huán)時(shí)間。

“考慮這樣一個(gè)場(chǎng)景，箱子里裝滿(mǎn)了瓶子，不得不處理傾斜之類(lèi)的問(wèn)題，” Keating 說(shuō)，“當(dāng)瓶子四處移動(dòng)時(shí)， 2D 視覺(jué)會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，但 3D 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)能使用戶(hù)將視覺(jué)工具直接用于元件的 3D 圖像，可提供更高的準(zhǔn)確性，從而擴(kuò)展了可以執(zhí)行的檢測(cè)類(lèi)型。

康耐視在幫助客戶(hù)如何快速解決包裝問(wèn)題的方面看到了巨大的潛力。例如，在客戶(hù)需要看到較低層級(jí)混合的特定區(qū)域下方的情況下，3D 成像解決了這個(gè)問(wèn)題。

在可能被認(rèn)為是傳統(tǒng)機(jī)器視覺(jué)之外的一些應(yīng)用也受益于 3D 視覺(jué)。以鐵路檢測(cè)為例。高速、持續(xù)振動(dòng)和惡劣的環(huán)境條件可能使 3D 鐵路檢測(cè)應(yīng)用變得困難。但是，如果安裝正確，檢查軌道輪廓和輪輞的磨損和損壞將有助于防止事故，并確保安全和可靠的運(yùn)行。這是 Photonfocus 公司基于三角 測(cè)量的相機(jī)的一個(gè)流行應(yīng)用，它使用外部激光器和單獨(dú)的相機(jī)，而不是一 個(gè)集成單元。

Photonfocus 為此類(lèi)應(yīng)用提供了一些特定優(yōu)勢(shì)，包括名為 LinLog 的相機(jī)內(nèi)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。使用 LinLog 用戶(hù)可以同時(shí)擁有明亮和黑暗的條件，該技術(shù)提供可用于檢查目的的平均圖像。

檢測(cè)多個(gè)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 Multipeak Linefifinder 算法提供此功能。例如，當(dāng)激光束經(jīng)過(guò)鏡面反射時(shí)，它會(huì)四處反彈，形成一條主線(xiàn)和許多次要線(xiàn)。Photonfocus 算法可幫助 OEM  找到合適的激光線(xiàn)以進(jìn)行檢查。

“我們?cè)?3D 算法方面擁有豐富的經(jīng)驗(yàn)，總是根據(jù)客戶(hù)的需求改進(jìn)它們，” Photonfocus 公司固件 / 設(shè)計(jì)主 管 Reto Lienhardt 說(shuō)，“例如，在掃描金屬或玻璃時(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，也是為什么我們的 3D 解決方案與其他幾個(gè)市場(chǎng)一起部署到鐵路檢測(cè)中的原因?！?

對(duì)于想要開(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， Euresys 公司的 Open eVision 軟件中包含的 Easy3D 庫(kù)等軟件工具可以幫助其開(kāi)發(fā) 3D 機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)應(yīng)用程序。例如，如果客戶(hù)希望使用投影到移動(dòng)表面上的一條或兩條激光線(xiàn)來(lái)實(shí)施 3D 成像系統(tǒng)，則需要提取激光線(xiàn)，然后將其轉(zhuǎn)換為高度圖或 3D 點(diǎn)云，這是 3D 處理和分析所需的，該公司美洲銷(xiāo)售和支持副 總裁 Mike Cyros 解釋說(shuō)。

 “除了 Easy3D 軟件庫(kù)之外，Euresys  還通過(guò)我們的 Coaxlink Quad 3D-LLE 圖像采集卡為此類(lèi)應(yīng)用提供現(xiàn)成的硬件，它可以自動(dòng)、即時(shí)地從 CoaXPress 相機(jī)中提取激光線(xiàn)，”他說(shuō)?！?/span>我們不是提供完整的固定功能 3D 解決方案，而是為客戶(hù)提供必要的構(gòu)建塊，讓他們能夠更輕松地構(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)人員提供了易于使用的廣泛功能。

3D 成像技術(shù)繼續(xù)發(fā)展，并可能達(dá)到拐點(diǎn)。John Keating 建議，人們會(huì)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，就像有以不同方式創(chuàng)建 2D 圖像的 2D 相機(jī)一樣。

 “3D 不能被視為一種單一類(lèi)型的技術(shù)，因?yàn)槲覀冇谢诩す獾姆椒?、飛行時(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 的先入為主的觀念，并將開(kāi)始以與 2D 更相似的方式思考它。” 

甚至有些時(shí)候 3D 成像技術(shù)的名稱(chēng)也不盡相同。許多公司在市場(chǎng)上不會(huì)以相同的名稱(chēng)來(lái)稱(chēng)呼他們的產(chǎn)品，但使用其他名稱(chēng)的解決方案仍然可以提高生產(chǎn)率，這才是最重要的。