2D機(jī)器視覺(jué)和3D機(jī)器視覺(jué)的對(duì)比

　　要說(shuō)現(xiàn)在制造業(yè)什么最火?答案一定非“人工智能”莫屬了。而人工智能的火熱也帶火了與之關(guān)系密切的機(jī)器視覺(jué)，如果說(shuō)“人工智能”是一個(gè)人的大腦的話，那機(jī)器視覺(jué)就是這個(gè)人的眼睛。

　　以前我們所說(shuō)的機(jī)器視覺(jué)，通常是指2D的視覺(jué)系統(tǒng)，即通過(guò)攝像頭拍到一個(gè)平面的照片，然后通過(guò)圖像分析或比對(duì)來(lái)識(shí)別物體，能看到物體一個(gè)平面上特征，可用于缺失/存在檢測(cè)、離散對(duì)象分析，圖案對(duì)齊、條形碼和光學(xué)字符識(shí)別，以及基于邊緣檢測(cè)的各種二維幾何分析。

　　由于2D視覺(jué)無(wú)法獲得物體的空間坐標(biāo)信息，所以不支持與形狀相關(guān)的測(cè)量，諸如物體平面度、表面角度、體積或者區(qū)分相同顏色的物體之類的特征或者在具有接觸側(cè)的物體位置之間進(jìn)行區(qū)分，而且2D視覺(jué)測(cè)量物體的對(duì)比度，這意味著特別依賴于光照和顏色/灰度變化，測(cè)量精度易受變量照明條件的影響。

　　因此，隨著現(xiàn)在對(duì)精確度和自動(dòng)化的要求越來(lái)越高，3D機(jī)器視覺(jué)變得更受歡迎，在許多“痛點(diǎn)型應(yīng)用場(chǎng)景”中大顯身手，成為當(dāng)前“智”造業(yè)最炙手可熱的技術(shù)之一，業(yè)界認(rèn)為2D向3D的轉(zhuǎn)變將成為繼黑白到彩色、低分辨率到高分辨率。

　　靜態(tài)圖像到動(dòng)態(tài)影像后的第四次革命-3D視覺(jué)將是人工智能“開(kāi)眼看世界”的提供者!

　　相比2D，3D機(jī)器視覺(jué)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

　�、� 在線檢測(cè)快速移動(dòng)的目標(biāo)物，獲取形狀和對(duì)比度

　�、� 消除手動(dòng)檢查帶來(lái)的錯(cuò)誤

　�、� 實(shí)現(xiàn)部件和裝配的100%在線質(zhì)量控制

　　④ 最大限度地縮短檢測(cè)周期和召回

　�、� 最大限度地提高生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)量

　　⑥ 對(duì)比度不變，是檢查低對(duì)比度物體的理想選擇

　　⑦ 對(duì)較小的照明變化或環(huán)境光不敏感

　�、� 建立大型物體檢測(cè)的多傳感器設(shè)置更簡(jiǎn)單

　　正是因?yàn)橛羞@么多的優(yōu)勢(shì)，3D機(jī)器視覺(jué)在業(yè)界越來(lái)越火熱，可是，你對(duì)它了解多少呢?

　　其實(shí)，要想真正了解3D視覺(jué)，首先得了解3D視覺(jué)的測(cè)量原理。

　　目前市場(chǎng)上主流的有四種3D視覺(jué)技術(shù)，雙目視覺(jué)、TOF、結(jié)構(gòu)光和激光三角測(cè)量

　　雙目技術(shù)是目前較為廣泛的3D視覺(jué)系統(tǒng)，它的原理就像我們?nèi)说膬芍谎劬�，用兩個(gè)視點(diǎn)觀察同一景物，以獲取在不同視角下的感知圖像，然后通過(guò)三角測(cè)量原理計(jì)算圖像的視差來(lái)獲取景物的三維信息

　　由于雙目技術(shù)原理簡(jiǎn)單，不需要使用特殊的發(fā)射器和接收器，只需要在自然光照下就能獲得三維信息，所以雙目技術(shù)具有：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)靈活和成本低的優(yōu)點(diǎn)，適合于制造現(xiàn)場(chǎng)的在線、產(chǎn)品檢測(cè)和質(zhì)量控制，不過(guò)雙目技術(shù)的劣勢(shì)是算法復(fù)雜，計(jì)算量大，而且光照較暗或者過(guò)度曝光的情況下效果差。

　　第二個(gè)技術(shù)是TOF飛行時(shí)間法成像技術(shù)

　　TOF是Time Of Flight的簡(jiǎn)寫(xiě)，它的原理通過(guò)給目標(biāo)物連續(xù)發(fā)送光脈沖，然后用傳感器接收從物體返回的光，通過(guò)探測(cè)光脈沖的飛行時(shí)間來(lái)得到目標(biāo)物距離

　　TOF的核心部件是光源和感光接收模塊，由于TOF是根據(jù)公式直接輸出深度信息，不需要用類似雙目視覺(jué)的算法來(lái)計(jì)算，所以具有響應(yīng)快、軟件簡(jiǎn)單、識(shí)別距離遠(yuǎn)的特點(diǎn)，而且由于不需要進(jìn)行灰度圖像的獲取與分析，因此不受外界光源物體表面性質(zhì)影響;不過(guò)TOF技術(shù)的缺點(diǎn)是：分辨率低、不能精密成像、而且成本高，由于雙目和TOF都有各自的缺點(diǎn)，所以就有了第三種方式—3D結(jié)構(gòu)光技術(shù)，它通過(guò)一個(gè)光源投射出一束結(jié)構(gòu)光，這結(jié)構(gòu)光可不是普通的光，而是具備一定結(jié)構(gòu)(比如黑白相間)的光線，打到想要測(cè)量的物體上表面，因?yàn)槲矬w有不同的形狀，會(huì)對(duì)這樣的一些條紋或斑點(diǎn)發(fā)生不同的變形，有這樣的變形之后，通過(guò)算法可以計(jì)算出距離、形狀、尺寸等信息，從而獲得物體的三維圖像。

　　由于3D結(jié)構(gòu)光技術(shù)既不需要用很精準(zhǔn)的時(shí)間延時(shí)來(lái)測(cè)量，又解決雙目中匹配算法的復(fù)雜度和魯棒性問(wèn)題，所以具有計(jì)算簡(jiǎn)單、測(cè)量精度較高的優(yōu)勢(shì)，而且對(duì)于弱光環(huán)境、無(wú)明顯紋理和形狀變化的表面，同樣都可進(jìn)行精密測(cè)量，所以越來(lái)越多的3D視覺(jué)高端應(yīng)用采用結(jié)構(gòu)光技術(shù)，最后一種是和結(jié)構(gòu)光類似的激光三角測(cè)量法，它基于光學(xué)三角原理，根據(jù)光源、物體和檢測(cè)器三者之間的幾何成像關(guān)系來(lái)確定空間物體各點(diǎn)的三維坐標(biāo)

　　通常用激光作為光源，用CCD相機(jī)作為檢測(cè)器具有結(jié)構(gòu)光3D視覺(jué)的優(yōu)點(diǎn)：精準(zhǔn)、快速、成本低，不過(guò)，由于根據(jù)三角原理計(jì)算，被測(cè)物體越遠(yuǎn)，在CCD 上的位置差別就越小，所以三角測(cè)量法在近距離下的精度很高，但是隨著距離越來(lái)越遠(yuǎn)

　　其測(cè)量的精度會(huì)越來(lái)越差，對(duì)于這四種3D視覺(jué)原理各自的優(yōu)缺點(diǎn)，我們可以簡(jiǎn)單總結(jié)為以下的表格

　　從上面的表格可以看出：四種主流的3D視覺(jué)測(cè)量原理都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，那么對(duì)于可靠性和精度要求極高的制造業(yè)來(lái)說(shuō)有沒(méi)有將幾種測(cè)量原理結(jié)合一起的3D視覺(jué)呢?其實(shí)全球頂尖的3D視覺(jué)廠商也想到了這樣的方案