Откройте будущее 3D зрения с технологией Parallel Structured Light

Во многие годы главной проблемой в 3D зрении была разработка роботизированного «глаза», который смог бы захватывать реальный мир таким, какой он есть — в движении.

Конвенциональные 3D сенсорные технологии боролись с этим вызовом, ни одна из них не могла сканировать объекты, движущиеся быстро, и одновременно предоставлять 3D данные изображения, удовлетворяющие требованиям клиентов к высокому разрешению и точности.

Это изменилось с новаторской технологией Parallel Structured Light, которая положила конец дилемме между качеством и скоростью. Мы наконец достигли будущего 3D зрения.

Parallel Structured Light объяснена Марселем Свецом, директором продукта бизнес-единицы Sensors..

В нашей предыдущей статье блога «Революция в машинном зрении» мы обсуждали концепцию 3D сканирования в движении. Мы ответили на вопрос, почему это представляет вызов для стандартных технологий и как Parallel Structured Light преодолевает этот вызов. Мы глубоко погрузились в то, как технология работает и где она стоит в сравнении с другими подходами.

В этой статье блога мы примем более практическую позицию.

Как вы знаете, технология Parallel Structured Light реализована в 3D камере MotionCam-3D. Сегодня мы посмотрим на технологию с точки зрения устройства: пройдёмся по основным частям и характеристикам корпуса MotionCam-3D, разным моделям для разных приложений, её возможностям сканирования и где их можно использовать, и уникальным особенностям, которых не получите с другими технологиями.

Для этого мы сравним 3D выводы изображений самых популярных 3D сенсорных технологий и сравним их с Parallel Structured Light для получения объективного понимания их производительности.

Что такое MotionCam-3D?

Начнём с очень базового объяснения, что такое MotionCam-3D:

MotionCam-3D — это промышленная 3D камера площадного сканирования — то есть роботизированный «глаз» — которую можно использовать для множества приложений для автоматизации промышленных, логистических и других типов процессов. Позволяя роботам видеть, камера позволяет им манипулировать объектами в 3D пространстве или оценивать их качество во время производства.

Базовые факты о MotionCam-3D

MotionCam-3D состоит из трёх основных частей:

1. Проектор, излучающий свет на сцену
2. Камерный блок, захватывающий сцену
3. Блок обработки, вычисляющий 3D данные и отправляющий их по Ethernet к ПК

Устройство может также питаться по Ethernet или, альтернативно, через 24V разъём питания.

Все эти компоненты собраны в элегантном, надёжном и долговечном углеродном корпусе, весом менее 1,5 килограмма. Это особенно преимущественно для hand-eye приложений.

MotionCam-3D доступна в трёх разных размерах с разными диапазонами сканирования:

1. Модель S = самая маленькая модель с диапазоном сканирования до 60 см. Также есть расширенная версия S+ с диапазоном до 150 см.
2. Модель M = средняя модель с диапазоном сканирования до 100 см. Расширенная версия M+ даёт диапазон до 150 см и повышенную точность.
3. Модель L = самая большая модель с диапазоном сканирования до 300 см.

+ модели с расширенными диапазонами сканирования особенно подходят для hand-eye приложений.

Все пять моделей предоставляют то же разрешение до 2 миллионов 3D точек, где плотность облака точек зависит от дистанции сканирования. Например, для дистанции 1 метр плотность равна 4 точкам на 1 мм².

Где можно использовать MotionCam-3D?

Надёжная сканирующая производительность MotionCam-3D позволяет сканировать широкий спектр объектов из разных типов материалов, включая, но не ограничиваясь:

• Чёрную резину
• Алюминий
• Мелкие, тонкие и блестящие металлические детали
• Пластиковые объекты
• Картон
• Полупрозрачные или подсвечиваемые сзади объекты

Способность сканировать различные виды материалов вместе с её высоким разрешением, точностью и высокой робастностью в требовательных промышленных настройках и сложных условиях делает MotionCam-3D идеальным 3D устройством зрения для обслуживания автоматизации в широком спектре приложений, таких как:

• Bin picking
• Паллетизация и депаллетизация
• Упаковка
• Сортировка
• Измерение размеров коробок
• Инспекция качества
• И многие другие

Теперь, что делает MotionCam-3D так уникальной по сравнению с другими 3D сенсорными технологиями?

Parallel Structured Light vs. structured light

Если ваша цель — высокое качество 3D данных, сенсоры структурированного света могут быть хорошим выбором для вас. Они могут предоставлять надёжные данные с высокой точностью и сканировать все виды материалов и поверхностей в различных условиях.

Однако у них есть одно серьезное ограничение: они могут использоваться только если сцена идеально статична. Причина:

Система структурированного света проецирует последовательность световых узоров на сцену. Если объект движется, проецируемый узор ломается. Это приводит к нечитаемому узору с высоким шумом, летающими артефактами или неполными облаками точек.

Если вам нужно сканировать движущиеся сцены, есть другие, более подходящие технологии. Посмотрим на них сейчас.

Parallel Structured Light vs. active stereo / ToF

Самые популярные 3D сенсорные технологии для сканирования объектов в движении — Time-of-Flight (ToF) или активные стерео системы.

Их главное преимущество — высокая скорость сканирования. К сожалению, это ценой качества. Разрешение этих систем обычно VGA (Video Graphics Array = стандарт разрешения для отображения графики на мониторах) и их точность может достичь только нескольких миллиметров. Другая слабая точка — они не могут отображать красивые детали на краях сканируемых объектов, и 3D изображение имеет довольно высокий шум.

Когда мы суммируем вышеуказанные аргументы, мы получаем следующее:

С одной стороны, есть активные стерео или Time-of-Flight системы, которые дают высокую скорость, но низкое качество.

С другой стороны, есть системы структурированного света, которые дают высокое качество, но не могут использоваться для сканирования движущихся или вибрирующих объектов.

Но мы хотим достичь и высокой скорости, и высокого качества, чтобы сканировать быстро движущиеся объекты в высоком разрешении и точности. Это необходимо в бесчисленных приложениях, так как мы можем достичь удовлетворительных результатов?

К счастью, технология Parallel Structured Light объединяет лучшее из обоих миров — скорость активных стерео и ToF систем и качество сенсоров структурированного света.

Посмотрите на сцену ниже, захваченную MotionCam-3D.

Сцена движется, но 3D изображение всё ещё идеально чистое. Вы можете видеть:

• Облако точек высокого разрешения с 900 000 3D точек
• Субмиллиметровая точность
• Низкий шум
• Детальные контуры сканируемых объектов
• Высокая робастность
• Полнота сканирования на различных материалах

MotionCam-3D также имеет статический режим, который удваивает точность и разрешение до 2 Мпкс. Это делает её действительно универсальным устройством для всех видов приложений.

Парадигмальный сдвиг, трансформирующий машинное зрение

Технология Parallel Structured Light наконец положила конец дилемме о том, следует ли предпочесть скорость качеству или наоборот для ваших проектов.

Она представляет настоящий парадигмальный сдвиг в индустрии машинного зрения, так как может сделать существующие приложения быстрее и более надёжными. Одновременно она открывает дверь ко многим новым приложениям, которые раньше было невозможно сделать.

Главные преимущества MotionCam-3D включают:

• Может развёртываться в динамических системах без необходимости синхронизации
• Может развёртываться в приложениях, где движение нелинейно, а случайно
• Может ускорить конвенциональные 3D приложения, такие как bin picking
• Может использоваться для сканирования вибрирующих сцен
• Выгодна для hand-eye робототехники, так как роботу не нужно останавливаться для сканирования
• Предоставляет непрерывный поток высококачественных 3D данных по сравнению с технологиями, которые могут сделать только один скан за раз
• Благодаря высокой скорости сканирования может заменять сложные 2D приложения без необходимости освещения и на месте калибровки
• И многое другое, так как это лишь малая часть возможностей MotionCam-3D.

Давайте исследуем их вместе. Пришло время увидеть мир в движении.