利用3D區域掃描技術

　　由于COVID-19疫情的爆發，人們以前所未有的需求轉向電子商務平臺，對涉及物流、倉儲和包裝的公司提出了巨大的挑戰，這些公司被迫不斷地擴大運營規模和業務。很多物流和倉儲應用程序——包括貨物的交付、倉儲和包裝，在很大程度上依賴于各種類型的3D 成像技術。

　　“貨箱揀選應用程序需要實施區域掃描和3D點云。盡管貨箱揀選可以說是最廣為人知的事實，但它卻是最難實施的 3D 類型之一。” Integro Technologies公司首席視覺系統架構師 David Dechow 說，“目前，大多數貨箱揀選還不能滿足所有客戶的需求，因為它需要極高的速度、隨機揀選，并且需要機器人像人一樣移動。”

　　使用飛行時間計算和測量

　　雖然立體視覺和結構光等區域掃描 3D 技術可能有助于貨箱揀選應用，但飛行時間 (ToF) 技術更有助于完成諸如測量和計算箱子尺寸之類的任務。

　　LUCID Vision Labs的新型 Helios2 ToF 相機針對物流、物料搬運和機器人應用，與舊版本的Helios相比，新型相機的透光率提高2.5倍，3D精度提高了50% 以上。客戶的需求是該公司不斷突破技術極限的動力。 LUCID公司創始人兼總裁 Rod Barman 表示：“考慮到這一點，我們將最新技術融入設計的產品以適應當前和未來潛在的應用挑戰，例如尺寸測量、機器人和 AGV。”

　　對于康耐視而言，物流領域中3D應用的最大需求是盒子尺寸標注，尤其是當零件在運動中移動時。過去，在此類應用中，通常采用多個激光器和一個外部攝像頭有助于捕獲圖像。但是，現在通過類似于3D-A1000的系統，將2D和3D結合在一起的智能相機可以從web界面快速標注尺寸。

　　康耐視3D 產品高級總監兼業務部門經理 John Keating 解釋說，“使用A1000系統可以簡化設置。這是一個基于網絡的界面，但它仍然是一個In-Sight 攝像頭，它提供了一個簡單的設置演練。”3D的應用部署越容易，人們對 3D的擔憂就越少。

　　Keating 表示，隨著客戶在3D-A1000上取得成功，物流領域開辟了新的 3D 應用程序，例如在經典的空托盤場景中定位物體，這在很長一段時間內一直是一個困難的應用。

　　對于Matrox Imaging公司3D傳感器產品經理 Mathieu Larouche 而言，傳統應用，例如用于揀箱和碼垛的視覺引導機器人以及箱子尺寸測量，也是 3D 成像背后的重要驅動力。為了讓客戶更輕松，Matrox公司還積極參與對GenICam的GenDC模塊的支持，旨在標準化 3D 相機/傳感器和應用軟件之間的組件數據交換。

　　就市場的潛在影響而言，Larouche認為，3D成像的一個潛在的有趣領域是將深度學習應用于3D成像，以推廣后者的使用。

　　周期時間的注意事項

　　包裝應用也越來越多地依賴于3D視覺，CapSen Robotics公司首席執行官 Jared Glover 表示，但最終用戶和OEM廠商必須預先考慮周期時間需求，以避免出現任何問題。

　　在許多3D視覺引導的機器人應用中，機器人在每次取貨或放貨時的移動方式是不同的，比如說，與重復相同動作的機器人相比，3D視覺引導機器人的周期時間不會太穩定，這就是為什么在生產線設計中考慮這個因素很重要。應該在揀選機器人前后建立額外的緩沖區，或者如果需要在沒有偏差的情況下達到一定的周期時間，應該增加額外的機器人作為冗余。

　　該公司設計其 CapSen PiC 貨箱揀選產品時就考慮了這些周期時間。該系統使用高度加速的專有 GPU 數學庫以及并行圖像處理和運動控制，在傳統 6 軸機器人上實現低至兩秒的循環時間。

　　“考慮這樣一個場景，箱子里裝滿了瓶子，不得不處理傾斜之類的問題，” Keating說，“當瓶子四處移動時，2D 視覺會出現問題，但 3D 視覺提供了理解深度的能力。” 與傳統系統相比，康耐視全新的 In-Sight 3D-L4000 嵌入式視覺系統能使用戶將視覺工具直接用于元件的3D圖像，可提供更高的準確性，從而擴展了可以執行的檢測類型。

　　康耐視在幫助客戶如何快速解決包裝問題的方面看到了巨大的潛力。例如，在客戶需要看到較低層級混合的特定區域下方的情況下，3D 成像解決了這個問題。

　　軟件為工廠內外打開新的大門

　　在可能被認為是傳統機器視覺之外的一些應用也受益于3D視覺。以鐵路檢測為例。高速、持續振動和惡劣的環境條件可能使3D鐵路檢測應用變得困難。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行。這是Photonfocus公司基于三角測量的相機的一個流行應用，它使用外部激光器和單獨的相機，而不是一個集成單元。

　　Photonfocus為此類應用提供了一些特定優勢，包括名為 LinLog的相機內固件功能，該功能允許相機實時執行高動態范圍成像。使用 LinLog用戶可以同時擁有明亮和黑暗的條件，該技術提供可用于檢查目的的平均圖像。

　　檢測多個激光線輪廓是一項復雜的檢測任務。Photonfocus 通過其 Multipeak Linefinder 算法提供此功能。例如，當激光束經過鏡面反射時，它會四處反彈，形成一條主線和許多次要線。Photonfocus 算法可幫助 OEM 找到合適的激光線以進行檢查。

　　“我們在 3D 算法方面擁有豐富的經驗，總是根據客戶的需求改進它們，” Photonfocus公司固件/設計主管 Reto Lienhardt 說，“例如，在掃描金屬或玻璃時，反射的固有問題可以在算法中解決。這是我們為客戶并行檢測多條線路的主要原因之一，也是為什么我們的 3D 解決方案與其他幾個市場一起部署到鐵路檢測中的原因。”

　　對于想要開發自己的專用 3D 成像系統的機器制造商和系統集成商，Euresys公司的 Open eVision 軟件中包含的 Easy3D 庫等軟件工具可以幫助其開發 3D 機器視覺檢測應用程序。例如，如果客戶希望使用投影到移動表面上的一條或兩條激光線來實施 3D 成像系統，則需要提取激光線，然后將其轉換為高度圖或 3D 點云，這是 3D 處理和分析所需的，該公司美洲銷售和支持副總裁 Mike Cyros 解釋說。

　　“除了 Easy3D 軟件庫之外，Euresys 還通過我們的 Coaxlink Quad 3D-LLE 圖像采集卡為此類應用提供現成的硬件，它可以自動、即時地從 CoaXPress 相機中提取激光線，”他說。“我們不是提供完整的固定功能 3D 解決方案，而是為客戶提供必要的構建塊，讓他們能夠更輕松地構建自己的 3D 視覺系統。”Easy3D 軟件和 Coaxlink Quad 3D-LLE 為系統開發人員提供了易于使用的廣泛功能。

　　不斷向前發展的3D 成像技術

　　3D成像技術繼續發展，并可能達到拐點。John Keating建議，人們會開始將3D視為一個通用術語，指的是以不同方式創建3D圖像的不同設備的集合，就像有以不同方式創建2D圖像的2D相機一樣。

　　“3D不能被視為一種單一類型的技術，因為我們有基于激光的方法、飛行時間、立體視覺等類型。”他說，“我認為人們開始動搖他們對 3D 的先入為主的觀念，并將開始以與 2D 更相似的方式思考它。”

　　甚至有些時候 3D 成像技術的名稱也不盡相同。許多公司在市場上不會以相同的名稱來稱呼他們的產品，但使用其他名稱的解決方案仍然可以提高生產率，這才是最重要的。

　　來源：控制工程網  作者：Jimmy Carroll