3D kamery pro strojové vidění

Robustní a rychlé 3D kamery pro aplikace strojového vidění a vizuální inspekce.

Kategorie produktů

 

3D kamera Helios Time of Flight

3D kamera Helios

Time of Flight
Kamera s technologií Time-of-Flight, plošné 3D snímání v reálném čase.

Technologie 3D snímání v průmyslu

Ve strojovém vidění se používá několik technologií a metod pro získání 3D tvaru prostření nebo objektů. Žádná z metod není univerzální a její výběr závisí na požadavcích aplikace na přesnost rozlišení, na rychlostni snímání, nebo na struktuře objektu. Pojďme si představit čtyři nejpoužívanější způsoby snímání.

Princip kamery time-of-flight

Time-of-Flight

Kamery založené na technice Time-of-Flight měří dobu letu odraženého světla od objektu. Kamera má vlastní zdroj světla, například laserové LED. V pravidelných intervalech vysílá světelné pulzy, které dopadají na objekty před kamerou. Část odraženého světla putuje zpět do snímače kamery. Interní čítač v kameře změří posun fáze mezi periodou vysílaného a přijímaného světla. Dosah kamery je omezen výkonem světelného zdroje a také intenzitou okolního rušivého světla. Kamery pracují s vlnovou délkou okolo 850 nm tak aby neoslňovaly uživatele a také nebyly rušeny viditelným světlem.

Výhodou kamer ToF je práce v reálném čase. Kamera poskytuje okamitý obraz s dostatečnou frekvencí snímání. Nevýhodou kamery může být přesnost měření cca 1 cm. Kamery jsou proto vhodné pro snímání předmětů a scény o velikosti desítek centimetrů až jednotek metrů.

Laserová triangulace

Kamery založené na principu laserové triangulace se označují také jako laserové 3D skenery. Snímaný objekt je v tomto případě osvětlován čárovým laserem, obvykle shora. Kamera je skloněná vůči rovině laseru a dívá se na snímaný objekt pod úhlem. Laserová stopa kopíruje tvar objektu a na snímači kamery se vlivem náklonu vykresluje jako zakřivená čára, které říkáme 3D profil. Aby bylo možné nasnímat celý objekt, musí se pod kamerou pohybovat. Kamera pak z jednotlivých profilů poskládá 3D tvar objektu.

Výhodou těchto kamer je vysoká přesnost měření tvaru, která se v závislosti na zvětšení může pohybovat v rozmezí jednotek milimetrů až po jednotky mikrometrů. Nevýhodou může být nutnost postupného skenování objektu pohybem kamery nebo dopravníkového pásu. Někdy hraje roli také bezpečnostní hledisko a ochrana zdraví při použití silných laserů.

 

Princip laserové triangulace
Princip snímání stereo kamerou

Stereovize

Standardní pasivní stereo systém používá dvě kamery umístěné v pevné vzdálenosti od sebe pro zachycení scény ze dvou různých úhlů. Pomocí triangulace jsou z obrazů extrahovány informace o hloubce. Čím blíže je objekt, tím více jsou jeho části a detaily vzájemně posunuty (nepřekrývají se). Velikost tohoto posunu se nazývá disparita a používá se pro výpočet vzdálenosti.

Vlastností stereovizních systémů je to, že scénu neosvětlují vlastním zdrojem světla. Nevýhodou je výpočetní náročnost algoritmu, takže systém s nižším výkonem může pracovat s nižší snímkovou frekvencí. Algoritmus nefunguje na hladkých a monotónních površích bez detailů (což lze řešit přidáním strukturovaného světla typu oblak bodů). Přesnost zobrazení závisí na zvětšení, ale pro objekty o velikosti jednotek metrů je v řádu jednotek centimetrů. Speciální řádkové stereo kamery mohou však snímat s přesností v mikrometrech.

U prostorově výrazných objektů se může stát, že část objektu zůstane pro některou z kamer neviditelná, tj. ve stínu. Tam pak není možné vypočítat hloubku v obraze.

Strukturované světlo

V určitých případech lze využít osvětlení povrchu strukturovaným světlem (pruhy, mřížka, tečky, atd.) Zvláště se to hodí v případech, kdy měříme rovinnost, náklon či zakřivení povrchu. Pohybujícím se vzorem pak hledáme povrchové vady. Zpravida se pro snímání obrazu používá jedna kamera. Podle zakřivení pravidelného vzoru v obraze se pak vyhodnocuje tvar objektu.

Výhodou tohoto způsobu je snadné použití algoritmu při porovnání výrobků se "zlatým" kusem. Přesnost detailů se podle zvětšení může pohybovat v řádu jednotek milimetrů až desítek mikrometrů.

Část textu a obrázky byly použity z dokumentu Time of Flight Gets Precise: Enhanced 3D Measurement With Sony® DepthSense® Technology na webu Lucid Vision Labs.