기계 시각 3차원 영상 기술 소개 (2)

구조광

구조광(Structured Light)은 라듐 다이오드(Laser Diode, LD) 또는 디지털 라이트 프로세서(Digital Light Processor, DLP)를 이용해 미리 설계된 특수한 구조의 패턴(예를 들어 이산 반점, 줄무늬 광, 코딩 구조광 등)을 피측량물에 투영하고, 다른 카메라를 사용하여 물체의 다른 높이 위치를 통해 반사되는 패턴의 변형 상황을 관찰하며, 피측량물과 표면이 일정한 척도에 따라 변형되지 않으면 평면 구조와 유사한 척도가 없다.그러나 피측물의 표면이 평평하지 않고 고저차가 있으면 관찰된 구조광도안은 피측물의 높이변화에 따라 정도부동하게 변형되는데 이런 변형에 따라 피측물의 위치와 깊이정보를 계산할수 있다.

패브릭 라이트 이미징은 일반적으로 세 단계로 나뉩니다 (줄무늬 투영 기술의 경우).

第1단계, 스트라이프 생성:컴퓨터 프로그래밍을 통해 정현 줄무늬를 생성하고, 이 정현 줄무늬를 투영 설비를 통해 피측물에 투영하며, CCD 카메라를 이용하여 줄무늬가 물체로 변조된 굴곡 정도를 촬영하고, 이 굴곡 줄무늬를 변조하여 위상을 얻고, 다시 위상을 전체 높이로 전환한다.4단계 이동법을 사용하므로 4폭 위상차 pi/2의 줄무늬가 생성됩니다.그리고 이 네 폭의 줄무늬를 시분할 피측물 (탈) 에 투영하여 아래 그림과 같은 왼쪽의 그림 (물론 네 폭) 을 채집하고, 동시에 네 폭의 참고면의 줄무늬 (변조되지 않고 같은 네 폭) 를 채집한다.

2단계, 위상 복구:수집된 4폭의 변조된 줄무늬 그림에서 변조된 위상을 계산한다. 여기서 얻은 위상도는 절단된 위상도이다. 4단계 위상 이동 알고리즘의 결과는 어차피 절함수 계산으로 얻어지기 때문에 [-pi, pi] 사이로 제한된다. 즉, 그 값이 그 범위를 초과할 때마다 다시 시작된다.

3단계, 3D 재구성:상술한 양자의 상감은 위상차를 얻는데, 이 위상차는 피측정물의 상대적 참고면의 고도정보를 표징하고, 다시 위상과 고도전환 공식 (그 중 상응하는 매개변수는 표정됨) 을 대입하여 3D 구조의 이미지를 얻고, 구체적인 3D 재구성은 알고리즘의 지원에 매우 의존하며, 체중구조 과정에 필요한 알고리즘도 매우 복잡하다.

구조광 3차원 영상 기술은 현재 로봇 3차원 시각 감지의 주요 방식이다. 구조광 영상 시스템은 몇 개의 프로젝터와 카메라로 구성된다. 자주 사용하는 구조 형식은 단일 프로젝터-단일 카메라, 단일 프로젝터-이중 카메라, 단일 프로젝터-다중 카메라, 단일 카메라-이중 프로젝터와 단일 카메라-다중 프로젝터 등 전형적인 구조 형식이다.

구조광과 두 눈의 입체시각은 모두 삼각측량원리에 근거하여 카메라와 프로젝터 사이 또는 두 눈의 시각에서 두 카메라 사이에 반드시 일정한 거리를 간격해야 하며 일정한 협각a(일반>15 °) 가 존재해야만 측정을 실현할수 있으며 모두 부피가 비교적 크며 피측물 표면이 가파르거나 계단이 있으면 쉽게 가려지는 결점이 존재한다.

구조광과 3차원 물체 식별 기술을 기반으로 개발된 로봇 3차원 시각 안내 시스템은 비교적 큰 깊이 측정 범위 내에 산만하게 쌓여 있는 부품을 완전히 자유롭게 위치시키고 포착할 수 있다.기존의 2차원 시각적 위치 방식에 비해 고정된 깊이 부품만 식별할 수 있고 부품의 일부 자유도의 위치 정보만 얻을 수 있어 응용 유연성이 높고 검사 범위가 넓다.선반 상하 재료, 부품 분류, 더미 쌓기 등 공업 문제에 효과적인 자동화 해결 방안을 제공할 수 있다.

구조광기술과 레이자삼각형은 일부 류사한 점이 있지만 시스템이 더욱 복잡하여 획득한 정보도 더욱 풍부해 더욱 많은 세부적인 점구름을 생성할수 있다.구조광카메라는 피측물이 정지하는 장면에 더욱 적합하고 레이자삼각카메라는 피측물이 운동하는 상태, 특히 컨베이어벨트나 전송선에 더욱 적합하다.환경광이 복잡하거나 해빛이 직사되는 장면에서 고출력 레이자삼각카메라는 더욱 우세를 갖고있다. 레이저는 파장이 아주 좁은 빛을 투사함으로써 영상센서가 좁은 대역의 려과기를 통해 환경광교란을 려과할수 있다.패브릭 라이트 카메라는 대부분 LED 광원을 사용하여 보안 위험이 없습니다.레이저 삼각 카메라는 레이저를 사용하여 눈에 잠재적 인 보안 위험이 있습니다.마이크로미터의 응용 장면에 대해 구조광 카메라가 더욱 우세하며, 레이저 삼각 카메라는 레이저 반점이 존재하기 때문에 마이크로미터의 정밀도에 도달하지 못한다.구조광 카메라는 전체 시야에서 한 번에 3차원 이미지를 완성할 수 있는 것이지, 레이저 삼각 카메라처럼 한 번에 측정된 물건의 단면에 대한 깊이 정보만 얻을 수 있는 것은 아니다.실제 응용에서 구조광카메라는 정확하게 교정된 흰색이나 남색이고 특수한 구조가 있는 빛을 피측물에 투영하는데 흔히 볼수 있는 구조에는 평행선, 줄무늬 또는 격자가 있다.구조광이 피측물 표면에 비치면 빛의 구조는 피측물 표면의 높낮이와 곡률의 변화에 따라 변화한다.줄무늬형 구조광을 예로 들면, 줄무늬는 피측물 표면에서 두꺼워지거나 얇아진다. 이는 이러한 곳의 샘플링 포인트와 카메라의 거리가 그에 따라 가깝거나 멀다는 것을 의미한다. 특수하게 설계된 패턴 인식과 3차원 재구성 알고리즘은 정보에 따라 3차원 이미지를 완성한다.일부 구조광 카메라의 프로젝터는 RGB 카메라의 역할을 동시에 가지고 있어 측정된 물건의 텍스처와 색채 정보를 얻을 수 있다.

하오아이스마트 에이전트의 ZIVID 구조 광카메라는 단일 프로젝터 단일 카메라의 디자인으로 능동 양안 입체 시각과 비슷하지만 카메라가 하나 적다.구조화된 광원을 능동적으로 투사하는 형식을 통해 목표 측정 물체에 식별하기 쉬운 특징점을 인위적으로 추가했다.구조가 미리 알려지고 무작위가 아니기 때문에 특징 추출의 연산량은 더욱 낮고 관련성 계산 문제도 피할 수 있다.단일 프로젝터 단일 카메라의 구조 광 카메라는 능동 양안 입체 시각 카메라와 마찬가지로 블록 평균, 해상도 및 정밀도의 문제에 직면 해 있습니다.ZIVID 패브릭 광 카메라는 이러한 문제를 극복하기 위해 시간 도메인과 공간 도메인 인코딩을 모두 갖춘 패브릭 라이트를 도입합니다.그러나 구조광카메라는 레이자삼각카메라와 마찬가지로 거울면, 짙은 색 또는 흡수률이 큰 물체에 대해 여전히 데터분실과 검측오유를 산생한다.다음은 ZIVID 패브릭 라이트 카메라와 두 눈 입체 비주얼 카메라가 획득한 포인트 클라우드 대비입니다.

샤오미는 샤오미 8 투명 탐색판에서발안드로이드 진영의 3D 구조광 기술을 적용한 오포는 이후 파인드X에도 3D 구조광을 사용했고,Vivo발ToF 3D 초감지 기술, 30만 개의 적외선 측정 지점.ToF의 유효 깊이 정보량은 구조광의 10배의 유래이다. 정보량이 더 높은 것 외에 ToF의 작업 거리도 구조광보다 더 높다. 사용 거리는 3m로 후자의 3배에 달한다.

레이저 삼각형

레이저 삼각형(Laser Triangulation) 측정법은 카메라 렌즈와 레이저를 일정한 각도로 하여 레이저 광원을 피측물의 표면에 투사하여 물체 표면의 윤곽선을 생성하는 것이다. 피측물의 3차원 이미지를 얻으려면 물체와 카메라는 반드시 상대적인 운동이 발생하여 여러 물체 표면의 윤곽선을 생성해야 한다. 마지막으로 카메라는 이러한 윤곽선을 3차원 이미지로 구성한다.이 메서드는 선 값이 물체의 높이와 관련이 있는 선의 기하학적 오프셋을 측정합니다.객체 스캔에 기반한 1차원 이미징 기술입니다.레이저 발사기와 피측물의 거리에 따라 라듐 점은 카메라 시야의 다른 위치에 나타난다.라듐점, 카메라, 레이저 송신기로 삼각형 광로를 형성하기 때문에 이 기술은 흔히 삼각측량이라고 불린다.이 기술은 구조화되거나 복잡한 표면에 민감하며, 피측물이 너무 높을 때 일부 레이저 선은 가려져 카메라에 반사되지 않는다.

입사 광속과 피측정 물체 표면 법선의 각도 관계에 따라 레이저 삼각 측정법은 사사식과 직사식 두 종류로 나눌 수 있다.직사식은 입사 빔과 측정된 물체 표면 법선의 협각이 0이다.사사식은 입사 빔과 측정된 물체 표면 법선의 협각이 a>0이다.일반적인 직사 및 경사 배치 방식은 다음 그림과 같습니다.

0。常见的直射式和斜射式布置方式具体如下图所示： '},'attribs':{'0':'*0+f*1*0+2*0+2l'}},'apool':{'numToAttrib':{'0':['author','7199826170790019073'],'1':['abbreviation-data',{'id\':\'ada42032-e80f-47aa-9339-f0446b4f775a\',\'abbr_ids\':\'enterprise_7167327385522552836\',\'is_visible\':1,\'is_first\':1}'],'nextNum':2}},'type':'text','referenceRecordMap':{},'extra':{'channel':'saas','isEqualBlockSelection':true,'pasteRandomId':'7130c64e-2988-4a72-8c56-e4e337338490','mention_page_title':{},'external_mention_url':{}},'isKeepQuoteContainer':false,'isFromCode':false,'selection':[{'id':44,'type':'text':{'start':0,'end':110},'recordId':'L6myd0qeMoEGsaxELDBrScDBngn'},':'szpayloadMap','isCut'-lark-x-data-format='doc-record-color'-transparent마진: 0px;패딩: 0px;개요: 0px;최대 폭: 100%;상자 크기: 경계 상자!중요한;overflow-wrap : 브레이크워드 !중요한;'>

직사식

사사식

다음은 직사식을 예로 들어 레이저 삼각 측정법의 원리를 소개한다.

위의 그림에서 빨간색, 녹색 및 파란색 점선은 서로 다른 거리의 반사 광선이 카메라 이미징 면의 다른 위치에 투사된다는 것을 나타내며, 이러한 위치에 따라 센서와 측정 된 표면의 거리를 계산합니다.수직 거리 d의 변화는 카메라 이미지 위치 d'의 변화를 초래할 것이다.이런 기술의 측정 범위와 정밀도가 서로 제약하는 것을 알 수 있다.정밀도가 높을수록 수직 거리의 변화가 카메라 이미징 면의 변위 변화에 더 적게 반영됩니다.이렇게 되면 목표 위치의 변화 범위는 필연적으로 제한될 것이다.목표 깊이가 증가함에 따라 카메라 이미징 센서의 물리적 크기를 곧 초과할 것입니다.광학 시스템의 구체적인 설계에서, 측정 수요에 근거하여 측정 범위와 측정 정밀도를 저울질하여 실현해야 한다좋아효과.

레이저 삼각 측정법을 기반으로 한 카메라는 주로 라듐 다이오드 (Laser Diode, LD), 회합 렌즈, 수신 렌즈, 이미지 센서 및 신호 처리 유닛으로 구성됩니다.광선은 다음 그림과 같습니다.

• x는 측정된 서피스가 초기 참조 평면을 기준으로 오프셋됨을 나타냅니다.

• x'는 이미지 센서에서 측정된 객체의 오프셋을 나타냅니다.

• a는 레이저 빔과 수신 렌즈 광축의 협각을 나타낸다

• 베타는 수신 렌즈 광축과 영상 센서 표면의 협각을 나타낸다

• L은 피측물 표면과 수신 렌즈의 거리를 나타낸다

• L'은 수신 렌즈와 이미지 센서가 이미지를 만드는 거리를 나타냅니다.

비슷한 삼각형의 원리를 이용하여 얻을 수 있는 것은 다음과 같다.

레이저 삼각형 측정법은 매우 높은 해상도와 측정 정밀도를 가지고 있으며, 그 해상도는 밀리미터 및 마이크로미터 수준까지 확장할 수 있지만, 실제 응용에서는 카메라와 레이저 광원의 가로 거리에 의해 제한되며, 측정 시간이 비교적 길어 비교적 짧은 거리의 측정에만 적용된다.직사식 레이저 삼각 카메라는 카메라의 광축과 레이저 평면 사이의 협각을 증대시키면 z축 해상도를 높일 수 있지만 협각 × 이 증가함에 따라 광학 가리개 현상도 더욱 뚜렷해질 수 있다. 특히 물체 표면에 요철 기복이 있을 때 이런 구조는 모두 일정한 가리개가 존재한다. 레이저 선이 비치지 않는 구역을 음영이라고 하고 카메라가 반사광선을 받지 못하는 구역을 사각지대라고 한다.

측정된 물체의 표면이 고르지 않으면 광학적으로 가려지는 것 외에 다중반사가 나타날 수도 있다.

다음 그림에서 광선 1은 입사광선이 물체 표면에서 발생한 것이다第1차반사, 광선2는 입사광선이 물체의 표면에서 발생하는 두번째 반사로서 이 두광선은 탐측기에서의 영상위치가 다르다.

다음 그림에서 빨간색 입사 광선은 탐측기에서 이미지 위치가 같은 물체 표면에서 두 번 반사됩니다.

지비드 2+ M60

호아이 스마트 에이전트의 Zivid 2 + M60해상도, 정확성 및 세부 요구 사항에 대한 고해상도 로봇 고정식 3D + 2D 카메라입니다.높은의 애플리케이션입니다.이 카메라는 Zivid 3D 카메라 중 가장 선명하고 밀집된 점 클라우드를 포착할 수 있는 제품으로 평방센티미터당 5000개의 점에 달하며 99.8% 이상의 크기 정확도를 가지고 있어 모든 물체를 실제 형태로 보여줄 수 있다.품질을 검사하고 정교하고 정교한 조립 작업의 경우 각 세부 사항, 특징 및 결함을 쉽게 관찰할 수 있습니다.100밀리초 만에 가장 놀라운 점 구름을 포착했습니다.

호아이지능에 관하여

하오아이지능은 독일 ZIVID의 중국 3D 시각 분야 전문 대리상이다.

하오아이지능은 3D 기계 시각 전체 솔루션을 제공하는 데 집중하여 중국 스마트 제조 수준의 향상과 산업 업그레이드를 돕는다!

현재, 우리는 자질이 높은 3D 기계 시각 응용 엔지니어와 알고리즘 연구 개발 엔지니어를 보유하고 있으며, 완비된 기계 시각 프로젝트 평가 능력과 하부 핵심 알고리즘 개발 능력을 가지고 있다.우리의 3D 기계 시각 전체 솔루션은 동력 전지, 자동차 업계, 소비자 전자, 백색 가전, 궤도 교차 검측 등 여러 분야에서 성공적으로 실시되어 풍부한 3D 기계 시각 프로젝트 응용과 소프트웨어 개발 경험을 쌓았다!

하오아이 스마트 주요 영업 제품: 3D 기계 시각 전체 솔루션, 구조광 3D 카메라, 레이저 와이어 스캔 카메라, SICK 3D 와이어 레이저 윤곽 센서, TOF 카메라, 고정밀 3D 측정 시스템, 시각 유도 위치 시스템, 무질서 캡처 시스템 등을 포함하며, 평면도, 고도 차, 위치도 측정, 범프 결함 검측, 시각 유도 로봇 연마, 시각 유도 로봇 부품 위치 추적 기능 등을 실현할 수 있다.