3D视觉应用落地加速 助力工业自动化升级(一)

工业视觉发展现状

据相关报告显示,全球视觉传感器市场将从2018年的25亿美元增长到2023年的45亿美元,复合年增长率为12.20%。自2018年后,3D视觉在工业等行业领域的应用越来越重要,涉及物件辨识、产品检测、尺寸测量、机械手的视觉引导定位等,随着硬件端技术的不断进步,算法与软件层面的不断优化,一系列基于3D视觉技术的双目深度相机和传感器逐渐成为工业场景应用的催化剂。

早期的视觉工业检测处于长期技术垄断局面

早期在工业高端检测和测量应用中,常见的是两种技术,一是三维激光线扫描、二是双目动态结构光。
三维激光扫描技术又被称为实景复制技术,通过高速激光扫描测量的方法,大面积、高分辨率地快速获取物体表面各个点的坐标(x.y.z)、反射率、颜色(R.G.B)等信息,由这些大量、密集的点信息可快速复建出1:1 的真彩色三维模型,它突破了传统的单点测量方法,具有高效率、高精度的优势,其点云测量密度可达毫米级,可获取高精度高分辨率的三维模型。
双目融合动态结构光技术的基本原理是,通过近红外激光器,将具有一定结构特征的光线投射到被拍摄物体上,再由专门的红外摄像头进行采集。这种具备一定结构的光线,通过双目相机采集不同的图像相位信息,然后运用算法将这种结构的变化换算成深度信息,以此来获得三维结构,一般单帧测量精度能到0.1mm甚至更高。
这两种方案在原理上能够实现最高精度的视觉测量,常见精度范围为0.1~0.01mm甚至更高,但由于工作距离短、功耗大、对工况要求高等限制因素,目前只在工业检测和自动分拣中有局部应用,售价超1万美金,基本已形成一个极细分的专门市场且长期处于被国外机器视觉大厂垄断的局面。

行业内3D视觉的发展部署已久

其实,双目融合动态结构光技术便是由3D视觉技术中的三位测距原理衍生而来。3D视觉技术的原理,最早来源于人们双眼的视差,即人眼的三维视觉特性,也就是我们现在所说的3D成像原理,3D 视觉成像按成像原理,可以大概归纳为三类:飞行时间原理、通过光线的时间差恢复深度,以及三角测量原理。其中运用最广泛的是便是三角测量原理,并衍生出很多 3D 传感器、双目多目、线结构光、相移结构光、散斑结构光(静态结构光)等。

双目视觉、飞行时间(ToF)和结构光三种
各行各业在此类技术方案上也进行了相当多的研究,至于为何一直未出现大规模应用,据国内知名机器视觉领域企业负责人表示,现行的产品落地标准很高,在硬件层面,镜头、红外传感器等技术工艺复杂,其次在算法层面,3D深度摄像头对于算法的要求是非常复杂的,结合不同的应用场景需要各自相应的解决方案,面临的图像识别、高精度自动化标定、抓取/运动规划等问题都需要强大的算法能力支持。但目前国内涉猎企业尚处于发展阶段,鲜少有算法团队可以达到这样的行业需求。
因此近几年奥比中光、图漾科技、华捷艾米、深慧视、小觅智能等机器视觉领域的厂商和企业开始把重点放在仓储物流和工业检测等特定细分市场中,针对不同产品规格,基于主动双目融合静态散斑结构光的技术路线,以满足工业场景下工作距离较近,识别精度要求较高、体积可控等要求,并以支持动态拍摄、功耗低且价格选择面广等优势成为一种新的3D视觉发展趋势。

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