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视觉检测设备

知微传感:激光快照式3D相机三维机器视觉的新选

2019-10-13 20:53浏览次数:

  据麦姆斯咨询介绍,传统的工业相机主要实现2D成像,缺少空间深度信息。3D视觉技术的出现有效化解了2D相机在复杂物体的模式识别和测量中的痛点问题。西安知微传感技术有限公司(以下简称“知微传感”)是国内领先的自主研发MEMS微振镜及应用方案供应商,在国内率先实现MEMS微振镜在高精度3D相机以及激光雷达方面的批量落地应用。

  近日,在深圳会展中心举行的『第二十七届“微言大义”研讨会:机器视觉及工业检测』上,知微传感市场总监何伟先生,发表了题为《激光快照式3D相机,三维机器视觉的新选择》的主题演讲,向大家分享了知微传感最新的3D机器视觉技术解决方案和典型应用,下面请跟随麦姆斯咨询一起回顾精彩的演讲内容。

  根据是否需要光源,3D视觉技术可分为主动光和非主动光两大类,大家比较熟悉的“可见光”双目摄像头属于非主动光技术,它的原理是通过模拟人的双眼,根据视差产生三维数据;主动光技术主要有三角测距法和飞行时间(ToF)法两类方案。何伟先生介绍,“知微传感采用的3D视觉技术是基于可调光栅的动态结构光方案,属于三角测距法中一种时间编码方式,该方法的主要优势是可以在精度和效率方面获得较好的均衡。”

  传统快照式3D扫描仪采用的动态结构光方案,通过DLP投影仪(数字光处理,采用德州仪器的数字微镜阵列)向被测物体进行光栅投射,条纹光栅在被测物体表面产生变形(被调制),然后利用摄像头拍摄,再经过测量算法获得三维形貌。

  激光快照式3D相机采用的动态结构光方案在光束操纵方面与传统快照式3D扫描仪不同,其通过MEMS微振镜扫描激光的方式实现条纹光栅投射,而在3D成像算法方面两者相似。另外,知微传感的激光快照式3D相机采用单目摄像头,与传统快照式3D扫描仪使用双目摄像头相比,具有多项优势:(1)使得整个系统体积大幅缩小;(2)成本得到有效控制;(3)更高的性价比。

  知微传感的激光快照式3D相机主要定位于亚毫米级精度的工业应用。“目前市面上,能提供高可靠性的类似产品并不多。”何伟先生说道,“微米级精度的3D相机,性能冗余但价格高昂;毫米级精度的3D相机虽然价格不高,但是精度不够。所以,知微传感的这款3D相机主要切入介于毫米级与微米级精度之间的工业场景。亚洲杯足球盘口

  此外,知微传感的激光快照式3D相机还具有如下特点:(1)在片上进行点云计算,可以同时输出点云、深度、灰度以及RGB信息;(2)使用激光光源,对环境的抗干扰能力强;(3)支持POE供电;(4)支持多平台开发;(5)体积小、质量轻等。

  相比市面上其它的3D视觉技术,激光快照式3D相机的优势主要体现在以下三点:

  (1)具有超大景深,景深范围可达3米。何伟先生解释说:“通常基于DLP的方案由于镜头限制,工作景深较浅,只有几十厘米。在实际应用中,基于DLP的方案对一些较小或平整物件的高精度检测是没问题的,但是在面对大型工件,或者景深差异超过1~2米的应用场景时则无法使用,在这种情况下激光快照式3D相机将是理想的选择!我们从几十厘米到几米超宽景深范围内都可以确保成像的高精度。”

  (2)具有亚毫米级精度,精度最优可达为0.15mm。何伟先生说道:“基于DOE的散斑结构光方案,通常只有毫米级精度,而激光快照式3D动态结构光方案可以达到亚毫米级更高精度。”

  (3)扫描速度快,最快0.2秒完成扫描。相比线激光扫描方案,激光快照式3D相机没有传送带等可动装置,即不需要与被测物体产生相对运动,通过对整个物件快速扫描以获取表面深度信息,非常适用于一些对节拍有要求的应用场合。

  当前,3D机器视觉技术已广泛应用在堆垛和拆垛、无序分拣、产品检验、路径引导、3D人脸识别、建模/测量等多种工业场景。本次研讨会上,何伟先生向大家展示了知微传感激光快照式3D相机的一些典型客户案例和最新成果。

  (1)拆码垛和无序分拣。在介绍拆码垛应用时,何伟先生表示:“实际上,许多的垛型高度都在1~2米,对于这种情况传统的DLP方案很难覆盖,而激光快照式3D相机景深可以达到3米,能够完全胜任。利用相机捕捉的高精度3D点云数据,我们可以得到物体Z向的高度信息,同时X/Y方向的测量精度也足够高,可以进行图像分割,从而引导机器人在作业分拣、上下料和拆码垛时的搬运和抓取。”

  (2)机械手臂引导。自动化涂胶是知微传感3D相机的典型应用之一。在制鞋厂,制鞋机器人通过3D相机对鞋底扫描和鞋边位置信息提取,引导机械手臂对鞋底进行打粗、涂胶等工序,从而减少人工支出和提高生产效率。

  (3)人体建模和3D人脸识别。激光快照式3D相机还能实现人体高精度的3D数据建模,主要应用于鞋子定制、医疗美容以及3D人脸识别方面。何伟指出:“知微传感的3D相机采用近红外光源,在采样时对人体进行无感扫描,另外我们的产品体积小巧,非常有利于系统设备在终端应用和推广。”

  “MEMS微振镜芯片及其应用技术”是知微传感3D相机的核“芯”,凭借着优秀的研发积累和技术实力,知微传感在2018年获得了目前MEMS微镜领域立项的唯一一个国家重点研发计划支持。MEMS微振镜作为一种关键的光束操纵元件,在体积、成本、可靠性方面都远胜于当前的机械式光束操纵方案,在3D相机、条形码扫描、激光打印机、激光雷达、医疗成像、光通讯等领域拥有广泛的应用前景。

  最后,何伟先生也介绍了知微传感的MEMS微振镜芯片和固态扫描模组产品。当前知微传感已成功实现MEMS微振镜的6英寸和8英寸代工量产,可提供单轴和双轴多款MEMS微振镜产品。针对MEMS微振镜芯片闭环控制的用户痛点,知微传感还推出了易用的MEMS微振镜扫描模组,该模组将MEMS微振镜芯片与位置检测、驱动电路、闭环控制电路集成一体,用户只需供电并做好配置即可快速导入使用,将大大缩短产品的开发周期。亚洲杯足球盘口