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2Dまたは3Dマシンビジョンなぜ両方ではないのか

2Dまたは3Dマシンビジョン?なぜ両方ではない?

システム設計者とインテグレータが3Dマシンビジョンを回避するためにできることは何でもするようになったのはそれほど昔のことではありません。それには、複雑な照明システム、多くの処理能力、より多くのエンジニアリング、そしてさらに多くのお金が必要でした。

今日、計算能力の向上と新しい高速CMOSカメラセンサーにより、3Dマシンビジョン機器とソフトウェアサプライヤーは3Dシステムのセットアップを簡素化すると同時に、2D画像と3D画像の両方を使用してシステムを均一にするなどの機能を製品に追加しています。より堅牢。その結果、3Dのコストを考慮していなかったアプリケーションが、記録的な速度でテクノロジーを採用しています。

2D vs. 2.5D vs. 3D
3Dイメージングの議論は、用語の定義から始まります。標準の2Dマシンビジョン画像はフラットで、長さと幅を測定できるように調整されていますが、高さの情報は提供されません。次のステップである2.5Dには、X軸とY軸に加えて、Z軸または高さの情報が含まれています。また、マシンビジョンシステムが3次元のうちの2つの周りのオブジェクトの回転(ピッチとヨー)を推定できるようにする情報も提供します。True 3Dは、X、Y、およびZ情報と、3つの軸すべて(rX、rY、およびrZ)の周りの回転情報を提供します。3Dビジョンの「聖杯」(ビンピッキング)やその他の多くの新しいアプリケーションでは、3Dだけが機能します。

「3Dビジョンとロボットビンピッキングは非常に緊密に結びついています」と、SICK、Inc。(ミネソタ州ミネアポリス)の製品マネージャーであるジムアンダーソンは説明します。「アディルシャフィのような先見の明のある人たちはこれに15年間取り組んできましたが、今ではビンピッキングが実を結び始めています。」

SICKのような企業は、計算能力とよりスマートなソフトウェアを活用することにより、マシンビジョンの最も困難なアプリケーションの展開を簡素化しています。たとえば、SICKは、ビンピッキングアプリケーションを成功させるためにすべての無関係な考慮事項を考慮に入れる特殊なソフトウェアとレーザー三角測量ベースのマシンビジョンシステムを結合する、ビン内の部品の正確な位置(PLB)として知られる製品化されたビンピッキングシステムを提供します。 。

より良い3Dソフトウェア
「これまで、すべての3Dソフトウェアは、3Dで使用される2Dアルゴリズムに基づいていました」と、LEONI Engineering Products&Services(Lake Orion、Michigan)のビジョンソリューション製品グループマネージャーであるNicholasTebeau氏は述べています。「現在、企業はアプリケーション全体を簡単にする適切な3Dツールを提供しています。そして、それは2Dや3Dの問題だけではありません。たとえば、ビンピッキングでは、適切なグリッパーが必要です。ソフトウェアはグリッパーを考慮し、それがビンの壁と衝突しないことを確認する必要があります。パーツの向きを見つけるだけでなく、グリップできる場所とパーツの形状に基づいてできない場所を知る必要があります。幸い、FPGAやその他のツールを使用してプロセス全体を高速化できますが、インテグレーターの観点からはまだ考慮すべきことがたくさんあります。」

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すべてのロボットガイダンスアプリケーションが完全な3Dを必要とするわけではありません。FANUC America Corp.(ロチェスターヒルズ、ミシガン州)の国民経済計算マネージャー兼マシンビジョンの専門家であるEd Roney氏は、次のように述べています。「ロボットが知る必要があるのは、ロボットの視点から見たオブジェクトまでの距離だけです。そのような場合、2.5Dで問題なく動作します。ただし、パーツが平らな面に配置されていない場合、またはパーツのスケールが不明な場合は、3D点群が最適です。ただし、オブジェクトがパレット上のボックスのように平らな面にある場合でも、コントラストが不足していることが3Dに移行する理由になる可能性があります。2Dまたは2.5Dを使用するロボットは、2つのボックスの間に十分なコントラストがないため、一方のボックスがどこで終わり、もう一方がどこから始まるかを簡単に見分けることができない場合があります。」

構造化光は、SICKやTordivel AS(オスロ、ノルウェー)などの企業が3D画像でコントラストを作成する1つの方法です。Scorpion Visionマシンビジョンライブラリで最もよく知られているTordivelは、最近Scorpion 3D StingerCameraをリリースしました。1つのハウジングに組み込まれ、既知の距離で隔てられた2つの別々のカメラによって取得された画像のわずかな違いに基づいて、すべてのピクセルのZ値を生成するほとんどのステレオビジョンカメラとは異なり、Tordivelはステレオビジョンとレーザー投影を組み合わせています。

「ランダムパターンプロジェクター(RPP)は、オブジェクトが堅牢なステレオビジョン計算に十分なテクスチャーを持つことを保証します」とTordivelのCEOであるThorVollsetは述べています。「3Dポイントはカメラとレーザーの間の角度、実際には単純な2D計算に基づいて生成されるため、レーザー三角測量はステレオビジョンほど洗練されていないと私は主張します。3Dキャリブレーションされたカメラは、すべてのピクセルが空間内のどこに移動するかを認識しています。これは、3Dオブジェクトポーズを使用して2D画像と3D画像の間を移動し、2D画像の非常に正確なエッジから最も正確な3D座標を抽出するために使用されます。レーザー三角測量スキャナーでは、通常、3Dポイントを記述するために複数のピクセルが必要になるため、エッジを正確に記述することはできません。ほとんどの3D点群は、実際には2D画像よりもはるかに少ない情報しか持っていないと私は主張します。」[注:レーザー三角測量の支持者は、システムが立体視よりも優れた3D解像度を提供すると述べていますが、最終的には、スタンドオフ、レーザースキャン速度、カメラ解像度、およびその他の要因に帰着します。]

「Scorpion3DStinger Cameraとコンパニオンソフトウェアを使用して、高密度の3Dポイントクラウドとコンパニオンの高解像度2D画像セットを生成します」とVollset氏は付け加えます。「3D画像から始めて、オブジェクトのポーズまたはオブジェクトの平面を確立してから、最も正確な3D測定を行う2D画像に移動できます。2年前、私はこれが可能だとは思いませんでした。しかし今では、800 mm x 1200 mm x 1000mのユーロ​​パレットの視野内のすべてのポイントを1秒間にミリメートルの精度で抽出できます。レーザースキャンでこれを行うには、レーザースキャン時間にもよりますが、2〜5秒かかる場合があります。ステレオビジョンのもう1つの利点は、移動するオブジェクトから遅延なしで3Dデータをキャプチャできることです。」 

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2Dと3D:両方の長所
ステレオスコピックシステムは、高解像度の2D画像と3D画像の両方を生成して、データを強化したり、システムを人間が使いやすくしたりできますが、すべてのアプリケーションにステレオスコピックカメラ用のスペースがあるわけではありません。

高速CMOSセンサーのおかげで、1台のカメラでレーザー三角測量を使用して高解像度の2D画像と3Dデータの両方を収集できます。「たとえば、1000フレームごとに高解像度のグレースケールまたはカラー画像を撮影できるだけでなく、カメラの視野内にさまざまな領域を設定して、3Dまたは2Dデータ、あるいはその両方を収集できます」とSICKのアンダーソン氏は述べています。

このような機能は、新しい顧客に3Dマシンビジョンをもたらしています。「スナック食品業界の顧客は、3Dを使用して、コンベア上のカメラの下を通過する製品を100%測定しています」とアンダーソン氏は言います。「5インチを約束した場合。チョコレートバーとあなたは4.9インチのバーしか生産しません、それは詐欺です。したがって、安全を確保するために、5〜5.2インチの範囲で許容します。しかし、それを5.05インチに削減できれば、その会社は毎年数百万ドルを節約できます。これは、高解像度のカラー画像と3Dレーザー三角測量を提供する新しいRangerEが解決するために設計された種類のアプリケーションです。」SICKは最近、画像ベースの2Dコード読み取りスキャナーと同様のテクノロジーを使用した静止3Dオブジェクトスキャンも導入しました。

新しいマシンビジョンユーザーが3Dテクノロジーを採用しやすくする新しいソリューションが利用可能になると、インサイダーは市場が拡大し続けることを期待しています。「多次元イメージングは​​確かに成長しています」とファナックのロニーは述べています。「3Dが2Dマシンビジョンと同じくらい使いやすくなったため、より多くの顧客がそれを求めています。」


投稿時間:2019年11月1日