在傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器的視覺(jué)中，2D指X方向加Y方向，然后3D視覺(jué)自然增加了Z方向。目前我接觸到的公司產(chǎn)品是3D激光輪廓儀，又稱3D激光三角測(cè)距法采用激光傳感器、線激光傳感器。
1.3D相機(jī)工作原理
在傳統(tǒng)的2D在視覺(jué)上，最基本的解決方案是相機(jī)、鏡頭和光源。根據(jù)客戶的需求和現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)環(huán)境，通過(guò)一些公式計(jì)算相機(jī)和鏡頭，最后根據(jù)客戶的成本需求選擇最合適的相機(jī)和鏡頭。最終的光源是整個(gè)解決方案中更困難的一點(diǎn)。根據(jù)客戶測(cè)量的不同對(duì)象選擇合適的光源，以確保清晰的成像。你可以看到，2D對(duì)工程師的視覺(jué)要求較高，要有豐富的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，有一定的光學(xué)和軟件知識(shí)，而3D相機(jī)比較簡(jiǎn)單。
一般3D相機(jī)將集成在一個(gè)框架中，不像2D像這樣區(qū)分視覺(jué)系統(tǒng)。這里我放一張基恩士最新的3D給大家看激光輪廓儀：
基本上目前市場(chǎng)上的3D激光相機(jī)是這樣的，集成了激光發(fā)射器、鏡頭和感光芯片。讓我們談?wù)?D相機(jī)工作原理。
在3D在相機(jī)中，激光發(fā)射器取代了光源。通過(guò)復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，激光發(fā)射器發(fā)出的激光會(huì)形成一條直線，激光投射到物體表面會(huì)形成反射。在光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)下，反射光會(huì)被鏡頭捕獲，最后通過(guò)鏡頭反射到感光芯片上。因此，3D激光發(fā)射器、鏡頭和感光芯片是相機(jī)內(nèi)部最重要的三個(gè)部件，同時(shí)添加一些FPGA或者ARM用于圖像處理，如圖像算法和圖像濾波器。一般來(lái)說(shuō)，激光發(fā)射器需要優(yōu)秀的光學(xué)工程師來(lái)設(shè)計(jì)。例如，不同鏡頭反射的激光也會(huì)有不同的效果；鏡頭基本上是我們看到的正常鏡頭。感光芯片通常選擇高精度CMOS芯片。
一般來(lái)說(shuō)，我們稱激光方向?yàn)閄方向，即激光線定義為X軸，高度為Z方向。通過(guò)靜態(tài)照片，我們可以得到X和Z對(duì)于兩個(gè)方向的數(shù)據(jù)，我們通常我們通常把運(yùn)動(dòng)方向記錄為Y方向，也就是說(shuō)。我們可以通過(guò)移動(dòng)相機(jī)或移動(dòng)物體，讓相機(jī)持續(xù)拍照，形成連續(xù)的Y方向數(shù)據(jù)，最后組合在一起，我們需要3D數(shù)據(jù)了。
2.3D相機(jī)的測(cè)量原理
讓我們來(lái)看看3。D激光相機(jī)測(cè)距原理，我公司采用激光三角測(cè)距法，由于激光三角測(cè)距法精度高，抗干擾能力強(qiáng)，一般工業(yè)領(lǐng)域廣泛采用。此外，還有許多測(cè)距方法，主要分為被動(dòng)測(cè)量和主動(dòng)測(cè)量?jī)深悺１粍?dòng)測(cè)量分為單視覺(jué)、雙視覺(jué)和多視覺(jué)；主動(dòng)測(cè)量分為結(jié)構(gòu)光法，TOF激光三角測(cè)距法飛行時(shí)間法。TOF飛行時(shí)間法也是常見(jiàn)的3D光學(xué)測(cè)距法主要用于手機(jī)領(lǐng)域，如手機(jī)人臉識(shí)別，因?yàn)門OF飛行時(shí)間測(cè)量范圍較大，可達(dá)20米至30米，更適合手機(jī)領(lǐng)域AR/VR交互。
我就不細(xì)說(shuō)激光三角測(cè)距法了，因?yàn)榫W(wǎng)上信息太多了，百度可以直接搜索激光三角測(cè)距法的原理。
3.3D一些技術(shù)參數(shù)主要用于相機(jī)
在與客戶的接觸中，客戶經(jīng)常會(huì)咨詢一些硬件參數(shù)。我在網(wǎng)上發(fā)現(xiàn)了3D視覺(jué)數(shù)據(jù)真的很少，所以整理得很好。
在2D在視覺(jué)上，會(huì)有很多專業(yè)術(shù)語(yǔ)，如視場(chǎng)、分辨率、重復(fù)精度等，3D視覺(jué)上也是如此。
在3D視覺(jué)上大致有以下術(shù)語(yǔ)：
●視野范圍/視場(chǎng)（FOV）
指?jìng)鞲衅骷す饩€在一定工作距離下能掃到的最大寬度。D視覺(jué)上，視場(chǎng)一般有兩個(gè)值，即X方向*Y方向，而3D視覺(jué)只有一個(gè)值。一般來(lái)說(shuō)，激光線的長(zhǎng)度是傳感器最佳工作距離下的長(zhǎng)度。注意工作距離下的長(zhǎng)度。畢竟，激光發(fā)射形成光表面，理論上是無(wú)限長(zhǎng)的。
此外，3D相機(jī)還分為近視場(chǎng)、中視場(chǎng)、遠(yuǎn)視場(chǎng)。
●測(cè)量范圍
從近視場(chǎng)到遠(yuǎn)視場(chǎng)的距離傳感器。這個(gè)概念有點(diǎn)像2D視覺(jué)景深，即Z軸可以清晰地成像范圍。
●工作距離
傳感器下表面與被測(cè)物體表面之間的距離。這里的傳感器是指相機(jī)，每個(gè)相機(jī)的工作距離不同，一定要記住工作距離，否則選擇相機(jī)發(fā)現(xiàn)客戶現(xiàn)場(chǎng)安裝高度不能滿足相機(jī)的工作距離要求，所以你的早期準(zhǔn)備工作都被浪費(fèi)了。
●分辨率
最小尺寸的傳感器可以識(shí)別。圖像傳感器通常是CMOS芯片的晶圓尺寸與感光元件有關(guān)。
●線性度
又稱精度、直線度。一般指Z線性度，是偏差值(參考值與測(cè)量值的差值)與測(cè)量范圍的比值。
●重復(fù)精度
又稱重復(fù)性。是指重復(fù)掃描被測(cè)物體4100次后的最大偏差值。
●垂直分辨率
最小高度可以測(cè)量
●水平分辨率
最小寬度可以測(cè)量
●運(yùn)動(dòng)方向
運(yùn)動(dòng)方向上還有幾個(gè)術(shù)語(yǔ):
1.線間距：反映傳感器接收到的觸發(fā)信號(hào)間隔。該參數(shù)與編碼器信號(hào)或外部信號(hào)頻率有關(guān)。例如，如果1000個(gè)脈沖為10mm，則信號(hào)間隔為1微米。
2.掃描頻率（HZ）：傳感器可以在單位時(shí)間內(nèi)獲得3D輪廓線的數(shù)量反映了當(dāng)前傳感器配置下的處理極限。例如，2K也就是說(shuō)，一秒鐘最多可以跑2000條線。這個(gè)參數(shù)也是客戶經(jīng)常問(wèn)的參數(shù)。一般掃描范圍越大，曝光時(shí)間越長(zhǎng)，掃描頻率越低。該參數(shù)還分為全掃描頻率和ROI掃描頻率。
3.公式:最大掃描速度:=掃描頻率*線間距。假設(shè)我這里有1000個(gè)相機(jī)掃描頻率，線間距1um，那么一秒他最快只能掃1秒mm，若被測(cè)物體長(zhǎng)1cm，然后我需要掃描至少10秒才能掃描物體的長(zhǎng)度。一般來(lái)說(shuō)，相機(jī)的最大掃描頻率是固定的，因此只能改變線間距。線間距與編碼器或外部信號(hào)有關(guān)。也就是說(shuō)，如果你想加快掃描速度，你只能增加編碼器的信號(hào)，即使物體或相機(jī)移動(dòng)得更快。然而，過(guò)快的速度也可能導(dǎo)致缺乏數(shù)據(jù)細(xì)節(jié)，導(dǎo)致一些缺陷未被捕獲。
3D在掃描玻璃等透明物體時(shí)，視覺(jué)效果往往很差，因?yàn)椴ＡЭ梢灾苯幼尲す馔干洌瑢?dǎo)致CMOS芯片難以成像，另一個(gè)問(wèn)題是多重反射，也會(huì)導(dǎo)致成像錯(cuò)誤。
此外，3D視覺(jué)也會(huì)遇到視覺(jué)陰影問(wèn)題，即相機(jī)掃描角度的原因，會(huì)出現(xiàn)視覺(jué)盲區(qū)。
目前學(xué)術(shù)界的計(jì)算機(jī)視覺(jué)和3D視覺(jué)非常熱衷，越來(lái)越多的新技術(shù)開始出現(xiàn)，并開始彌補(bǔ)上述缺點(diǎn)。據(jù)我所知，這些問(wèn)題現(xiàn)在已經(jīng)有了一個(gè)可行局方法，可以實(shí)現(xiàn)。以上是一般的總結(jié)。