Shenzhen V-Plus Technologies Co., Ltd.

2D ή 3D Machine Vision Γιατί όχι και τα δύο

2D ή 3D Machine Vision; Γιατί όχι και τα δύο?

Πριν από πολλά χρόνια, οι σχεδιαστές και οι ολοκληρωτές συστημάτων δεν θα έκαναν ό, τι μπορούσαν για να αποφύγουν την τρισδιάστατη όραση της μηχανής. Απαιτούσε πολύπλοκα συστήματα φωτισμού, μεγάλη ισχύ επεξεργασίας, περισσότερη μηχανική και ακόμη περισσότερα χρήματα.

Σήμερα, με την αύξηση της ισχύος των υπολογιστών και των νεότερων, ταχύτερων αισθητήρων κάμερας CMOS, ο προμηθευτής εξοπλισμού τρισδιάστατης όρασης και λογισμικού απλοποίησε τη ρύθμιση συστήματος 3D ενώ προσθέτει ακόμη περισσότερες δυνατότητες στα προϊόντα τους, όπως η χρήση εικόνων 2D και 3D για να κάνουν τα συστήματά τους ομοιόμορφα πιο στιβαρό. Ως αποτέλεσμα, οι εφαρμογές που δεν θα είχαν σκεφτεί ποτέ το κόστος του 3D υιοθετούν την τεχνολογία με ρυθμούς ρεκόρ.

2D έναντι 2.5D έναντι 3D
Οποιαδήποτε συζήτηση τρισδιάστατης απεικόνισης ξεκινά με έναν ορισμό όρων. Μια τυπική εικόνα μηχανικής όρασης 2D είναι επίπεδη, βαθμονομημένη για να επιτρέπει τη μέτρηση του μήκους και του πλάτους, αλλά δεν παρέχει πληροφορίες ύψους. Το επόμενο βήμα, 2.5D, περιλαμβάνει τον άξονα Ζ ή τις πληροφορίες ύψους επιπλέον των αξόνων Χ και Υ. Παρέχει επίσης πληροφορίες που επιτρέπουν στο σύστημα μηχανικής όρασης να εκτιμήσει την περιστροφή των αντικειμένων (βήμα και εκτροπή) γύρω από δύο από τις τρεις διαστάσεις. Το True 3D παρέχει πληροφορίες X, Y και Z, καθώς και πληροφορίες περιστροφής γύρω από τους τρεις άξονες (rX, rY και rZ). Για το «ιερό δισκοπότηρο» της τρισδιάστατης όρασης - επιλογή κάδου - και πολλές άλλες αναδυόμενες εφαρμογές, μόνο το 3D θα το κάνει.

«Το τρισδιάστατο όραμα και η συλλογή δοχείων ρομπότ έχουν συνδεθεί πολύ στενά μεταξύ τους», εξηγεί ο Jim Anderson, Product Manager - Vision στη SICK, Inc. (Minneapolis, Minnesota). «Οραματιστές όπως ο Adil Shafi δούλεψαν για αυτό για 15 χρόνια, αλλά τώρα, η επιλογή του bin ξεκινά πραγματικά να αποφέρει καρπούς».

Εταιρείες όπως η SICK απλοποιούν την ανάπτυξη των πιο δύσκολων εφαρμογών της μηχανικής όρασης αξιοποιώντας υπολογιστική ιπποδύναμη και εξυπνότερο λογισμικό. Για παράδειγμα, η SICK προσφέρει ένα παραγωγικό σύστημα συλλογής απορριμμάτων γνωστό ως ακριβής τοποθεσία ανταλλακτικών σε κάδους (PLB) που συνδυάζει ένα σύστημα μηχανικής όρασης με τριγωνικό λέιζερ με εξειδικευμένο λογισμικό που λαμβάνει υπόψη όλες τις εξωγενείς εκτιμήσεις για μια επιτυχημένη εφαρμογή .

Καλύτερο λογισμικό 3D
«Ιστορικά, όλο το λογισμικό 3D βασίστηκε σε αλγόριθμους 2D που τέθηκαν σε χρήση 3D», λέει ο Nicholas Tebeau, Διευθυντής Ομάδας Προϊόντων Vision Solutions στο LEONI Engineering Products & Services (Lake Orion, Michigan). «Τώρα, οι εταιρείες προσφέρουν τα κατάλληλα εργαλεία 3D που διευκολύνουν ολόκληρη την εφαρμογή. Και δεν είναι απλώς θέμα 2D ή 3D. Με την επιλογή κάδου, για παράδειγμα, πρέπει να έχετε κατάλληλες λαβές. Το λογισμικό πρέπει να λογοδοτήσει για την λαβή και να βεβαιωθείτε ότι δεν συγκρούεται με τα τοιχώματα του κάδου - και όχι μόνο να βρείτε τον προσανατολισμό των εξαρτημάτων, αλλά να ξέρετε πού μπορείτε να το πιάσετε και πού δεν μπορείτε να βασιστείτε στη γεωμετρία του τμήματος. Ευτυχώς, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε FPGA και άλλα εργαλεία για να κάνουμε την όλη διαδικασία πιο γρήγορη, αλλά υπάρχουν ακόμη πολλά που πρέπει να ληφθούν υπόψη από την άποψη ενός ολοκληρωτή. "

4 (1)

Δεν απαιτείται κάθε εφαρμογή καθοδήγησης ρομπότ πλήρους 3D. Σύμφωνα με τον Ed Roney, Εθνικό Διαχειριστή Λογαριασμού και ειδικό μηχανικό όραμα της FANUC America Corp. (Rochester Hills, Michigan), «πολλές φορές το ρομπότ πρέπει να ξέρει ότι είναι η απόσταση από το αντικείμενο από την οπτική γωνία του ρομπότ. Σε αυτές τις περιπτώσεις, το 2.5D μπορεί να λειτουργήσει καλά. Αλλά εάν το τμήμα δεν βρίσκεται σε επίπεδη επιφάνεια ή η κλίμακα του τμήματος είναι άγνωστη, το τρισδιάστατο σημείο σύννεφο είναι ο τρόπος να πάτε. Αλλά ακόμη και όταν το αντικείμενο βρίσκεται σε επίπεδη επιφάνεια, όπως κουτιά σε παλέτα, η έλλειψη αντίθεσης μπορεί να είναι ένας λόγος για τρισδιάστατο. Ένα ρομπότ που χρησιμοποιεί 2D ή 2.5D μπορεί να μην μπορεί να πει εύκολα πού τελειώνει το ένα κουτί και το άλλο ξεκινά επειδή δεν υπάρχει αρκετή αντίθεση μεταξύ των δύο κουτιών. "

Το δομημένο φως είναι ένας τρόπος που εταιρείες όπως η SICK και η Tordivel AS (Όσλο, Νορβηγία) δημιουργούν αντίθεση σε τρισδιάστατες εικόνες. Η Tordivel, γνωστή για τη βιβλιοθήκη μηχανών όρασης Scorpion Vision, κυκλοφόρησε πρόσφατα την κάμερα 3D Stinger της Scorpion. Σε αντίθεση με τις περισσότερες κάμερες stereovision, οι οποίες παράγουν μια τιμή Z για κάθε pixel με βάση μικρές διαφορές στις εικόνες που αποκτήθηκαν από δύο ξεχωριστές κάμερες ενσωματωμένες σε ένα μόνο περίβλημα και χωρισμένες με μια γνωστή απόσταση, το Tordivel συνδυάζει την stereovision με την προβολή λέιζερ.

«Ο βιντεοπροβολέας τυχαίων μοτίβων (RPP) εγγυάται ότι το αντικείμενο θα έχει επαρκή υφή για ισχυρούς υπολογισμούς stereovision», λέει ο Thor Vollset, Διευθύνων Σύμβουλος της Tordivel. «Θα έλεγα ότι ο τριγωνισμός λέιζερ είναι λιγότερο εξελιγμένος από τη στερεοβιά, επειδή τα σημεία 3D δημιουργούνται με βάση τη γωνία μεταξύ της κάμερας και του λέιζερ, στην πραγματικότητα ένας απλός υπολογισμός 2D. Μια τρισδιάστατη βαθμονομημένη κάμερα γνωρίζει πού κινείται κάθε pixel στο διάστημα. Αυτό χρησιμοποιείται για να μετακινηθείτε μεταξύ των εικόνων 2D και 3D χρησιμοποιώντας τη στάση αντικειμένου 3D για να εξαγάγετε τις πιο ακριβείς συντεταγμένες 3D από τις πολύ ακριβείς ακμές στις εικόνες 2D. Σε έναν σαρωτή τριγωνοποίησης λέιζερ, τα άκρα δεν μπορούν να περιγραφούν με ακρίβεια επειδή συνήθως απαιτούνται πολλαπλά εικονοστοιχεία για να περιγράψουν ένα σημείο 3D. Υποστηρίζω ότι τα περισσότερα σύννεφα τρισδιάστατων σημείων έχουν στην πραγματικότητα πολύ λιγότερες πληροφορίες από μια εικόνα 2D. " [Σημείωση: Οι υποστηρικτές της τριγωνοποίησης λέιζερ λένε ότι τα συστήματά τους προσφέρουν καλύτερη ανάλυση 3D από στερεοσκοπική, αλλά στο τέλος, καταλήγει σε κατάσταση αναμονής, ταχύτητες σάρωσης λέιζερ, ανάλυση κάμερας και άλλους παράγοντες.]

«Με τη Scorpion 3D Stinger Camera και το συνοδευτικό λογισμικό, δημιουργούμε ένα πυκνό σύννεφο σημείων 3D και ένα συνοδευτικό σετ εικόνας υψηλής ανάλυσης 2D», προσθέτει το Vollset. «Ξεκινώντας με τρισδιάστατη εικόνα, μπορείτε να δημιουργήσετε μια στάση αντικειμένου ή το επίπεδο αντικειμένου και μετά να μετακινηθείτε στην 2D εικόνα όπου κάνουμε τις πιο ακριβείς μετρήσεις 3D. Πριν από δύο χρόνια, δεν πίστευα ότι αυτό ήταν δυνατό. Αλλά τώρα, μπορούμε να εξαγάγουμε με ακρίβεια χιλιοστόμετρου κάθε σημείο μέσα σε οπτικό πεδίο παλέτας ευρώ 800 mm x 1200 mm x 1000 m σε ένα δευτερόλεπτο. Για να γίνει αυτό με τη σάρωση με λέιζερ μπορεί να χρειαστούν 2 έως 5 δευτερόλεπτα, ανάλογα με το χρόνο σάρωσης με λέιζερ. Ένα άλλο πλεονέκτημα με το stereovision είναι ότι μπορούμε να συλλάβουμε δεδομένα 3D από κινούμενα αντικείμενα χωρίς καθυστέρηση. " 

4 (2)
2D και 3D: Καλύτερο και των δύο κόσμων
Ενώ τα στερεοσκοπικά συστήματα μπορούν να δημιουργήσουν εικόνες υψηλής ανάλυσης 2D καθώς και τρισδιάστατες εικόνες είτε για βελτίωση δεδομένων είτε για να κάνουν το σύστημα ευκολότερο για χρήση από τον άνθρωπο, δεν έχει κάθε εφαρμογή το ακίνητο για μια στερεοσκοπική κάμερα.

Χάρη στους αισθητήρες CMOS υψηλής ταχύτητας, μία μόνο κάμερα μπορεί να συλλέξει εικόνες 2D υψηλής ανάλυσης και δεδομένα 3D χρησιμοποιώντας τριγωνοποίηση λέιζερ. "Όχι μόνο μπορείτε να τραβήξετε μια κλίμακα του γκρι ή έγχρωμη εικόνα υψηλής ανάλυσης κάθε 1000ο πλαίσιο, για παράδειγμα, αλλά μπορείτε να ορίσετε διαφορετικές περιοχές εντός του οπτικού πεδίου της κάμερας και να συλλέξετε δεδομένα 3D ή 2D ή και τα δύο", σημειώνει ο Anderson της SICK.

Δυνατότητες όπως αυτές φέρνουν νέους πελάτες σε 3D μηχανή όρασης. «Έχουμε πελάτες στη βιομηχανία σνακ-τροφίμων που χρησιμοποιούν 3D για να μετρήσουν το 100% του προϊόντος τους καθώς περνά κάτω από την κάμερα σε έναν μεταφορέα», λέει ο Anderson. «Αν υποσχεθείς 5-in. σοκολάτα και παράγετε μόνο ένα μπαρ 4,9 ιντσών, αυτό είναι απάτη. Έτσι τα ανεχτείτε μεταξύ 5 και 5,2 ίντσες για να βεβαιωθείτε ότι είστε ασφαλείς. Αλλά αν μπορείτε να το μειώσετε σε 5,05 in., Αυτή η εταιρεία θα εξοικονομεί εκατομμύρια δολάρια κάθε χρόνο. Αυτό είναι το είδος της εφαρμογής που σχεδιάστηκε για να λύσει το νέο μας Ranger E, το οποίο παρέχει έγχρωμες εικόνες υψηλής ανάλυσης καθώς και τρισδιάστατο τρίγωνο λέιζερ. " Η SICK παρουσίασε επίσης πρόσφατα σάρωση τρισδιάστατου αντικειμένου χρησιμοποιώντας τεχνολογία παρόμοια με σαρωτές ανάγνωσης κώδικα 2D με βάση την εικόνα.

Καθώς νέες λύσεις καθίστανται διαθέσιμες που διευκολύνουν τους νέους χρήστες μηχανικής όρασης να υιοθετήσουν τεχνολογία 3D, οι εμπιστευτικοί αναμένουν ότι η αγορά θα συνεχίσει να επεκτείνεται. «Η πολυδιάστατη απεικόνιση αυξάνεται σίγουρα», σημειώνει ο Roney της FANUC. «Βλέπουμε περισσότερους πελάτες να το ζητούν, επειδή το 3D έχει γίνει τόσο εύκολο στη χρήση όσο το δισδιάστατο όραμα μηχανής.»


Ώρα μετά: 01 Νοεμβρίου 2019