淺談從1D視覺系統(tǒng)到3D機(jī)器視覺系統(tǒng)

1D視覺系統(tǒng)

 1D視覺每次分析一條掃描線的數(shù)字信號(hào)，而不是馬上查看整個(gè)圖像，如評(píng)估新采集的10條掃描線組與先前采集的掃描線組之間的差異。如下圖所示，這種技術(shù)通常用于在連續(xù)制造流程中檢測(cè)所生產(chǎn)的材料（如紙張、金屬、塑料和其他非紡織片材或卷材）是否存在缺陷，并對(duì)缺陷進(jìn)行分類。

▲ 在流程持續(xù)運(yùn)行的過程中，1D視覺系統(tǒng)每次掃描一條線，在上面的示例中，一維視覺系統(tǒng)檢測(cè)到該片材的一個(gè)缺陷

2D視覺系統(tǒng)

大多數(shù)常見的檢測(cè)相機(jī)執(zhí)行的都是面陣掃描，如下圖所示，需要采集不同分辨率的2D快照。另一種類型的2D機(jī)器視覺執(zhí)行的也是線掃描，如下面的圖12所示，通過線掃描創(chuàng)建一個(gè)二維圖像。

▲ 2D視覺系統(tǒng)可以生成不同分辨率的圖像

▲ 線掃描技術(shù)是指通過每次掃描一條線來創(chuàng)建2D圖像

面陣掃描與線掃描

在某些應(yīng)用中，相比面陣掃描系統(tǒng)，線掃描系統(tǒng)具有特定的優(yōu)勢(shì)。舉例來說，檢測(cè)圓形或柱形元件時(shí)，可能需要使用多臺(tái)面陣掃描相機(jī)，才能覆蓋到元件的整個(gè)表面。但如果我們將元件置于一臺(tái)線掃描相機(jī)前面，然后旋轉(zhuǎn)元件，通過這種方式將圖像展開，我們可以采集到整個(gè)表面的圖像。而且，線掃描相機(jī)也更容易安裝到狹小的應(yīng)用空間，舉例來說，在相機(jī)必須通過輸送帶上的滾軸來查看元件底部的情況下。另外，相比傳統(tǒng)相機(jī)，線掃描系統(tǒng)通常也能夠提供高得多的分辨率。由于線掃描系統(tǒng)需要元件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)來創(chuàng)建圖像，它們通常非常適合用于檢測(cè)處于連續(xù)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的產(chǎn)品。

▲ 線掃描相機(jī)能夠：（a.）展開柱形物品以進(jìn)行檢測(cè)，（b.）將視覺系統(tǒng)安裝到空間狹小的應(yīng)用環(huán)境中，（c.）滿足高分辨率檢測(cè)要求，以及（d.）檢測(cè)處于連續(xù)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的物品

3D視覺系統(tǒng)

3D機(jī)器視覺系統(tǒng)通常由多臺(tái)相機(jī)或者一臺(tái)或多臺(tái)激光位移傳感器組成。在機(jī)器人引導(dǎo)應(yīng)用中，由多臺(tái)相機(jī)組成的3D視覺系統(tǒng)能夠向機(jī)器人提供元件方位信息。這類系統(tǒng)需要將多臺(tái)相機(jī)安裝在不同的位置，在3D空間內(nèi)，在物品位置上對(duì)物品形成“三角”包圍狀態(tài)。

▲ 3D視覺系統(tǒng)通常采用多臺(tái)相機(jī)

▲ 僅采用一臺(tái)相機(jī)的3D檢測(cè)系統(tǒng)

相比之下，3D激光位移傳感器應(yīng)用通常包括表面檢測(cè)和體積測(cè)量，僅使用一臺(tái)相機(jī)就可以提供3D檢測(cè)結(jié)果。通過物品上反射的激光位置位移來生成高度圖。與線掃描技術(shù)相似的是，使用這種技術(shù)時(shí)，必須移動(dòng)物品或相機(jī)，才能掃描到整個(gè)產(chǎn)品。位移傳感器配備有已標(biāo)定的位移激光器，能夠測(cè)量表面高度和平面等參數(shù)，并且可達(dá)到20μm級(jí)精度。上面的圖15顯示了一臺(tái)3D激光位移傳感器，正在檢測(cè)剎車片表面是否存在缺陷。