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机器人视觉—三维成像技术综述

2021-06-30 11:31:46

三维视觉效果成像是工业机械手信息认知的一种最重要的方式 ,可分成电子光学和非电子光学成像方式 。现阶段运用数最多的或是电子光学方式 ,包含:结构光法、激光器扫描法、莫尔条纹法、激光散斑法、干预法、拍照测量方法、激光器追踪法、从健身运动得到 样子、从黑影得到 样子,及其别的的ShapefromX等。

扫描三维成像

扫描三维成像方式 可分成扫描激光测距、积极三角法、散射共焦法等。实际上 ,散射共焦法是扫描测距法的一种,充分考虑现阶段在手机、平板显示器等生产制造应用领域较为普遍,在这里独立详细介绍。

1、扫描激光测距

扫描激光测距是运用一条准直光束根据一维激光测距扫描全部总体目标表面完成三维精准测量。典型性扫描激光测距方式 有:

1、点射航行時间法,如持续波頻率调配(FM-CW)激光测距、单脉冲激光测距(毫米波雷达)等;

2、激光器透射干预法,如根据多光波长干预、全息投影干预、白光干涉散斑干预等基本原理的干涉仪;

3、共焦法,如散射共焦、自聚焦等。

点射激光测距扫描三维方式 中,点射航行時间法合适长距离扫描,测量精度较低,一般在mm数量级。

别的几类点射扫描方式 有:点射激光器干预法、共焦法和点射激光器积极三角法,测量精度较高,但前面一种对自然环境规定高;线扫描精密度适度,高效率。

较为合适于机械臂尾端实行三维精准测量的该是积极激光器三角法和散射共焦法。

2、积极三角法

积极三角法是根据三角测量基本原理,运用准直光束、一条或好几条平面图光线扫描总体目标表面进行三维精准测量的。

光线常选用下列方法得到 :激光器自准直、圆柱体或二次曲面柱状边角扩束镜,非相干光(如白光灯、LED光源)根据小圆孔、间隙(光栅尺)投影或相干光透射等。

积极三角法可分成三种种类:点射扫描、单线扫描和多段扫描。现阶段商业化的的用以机械臂尾端的商品大部分是点射和单线扫描仪

在多段扫描方式 中,花纹极少数靠谱鉴别是难题。为了更好地精准鉴别花纹序号,一般选用2组竖直光平面图快速更替成像,那样还能够完成“FlyingTriangulation”扫描,其扫描与三维重新构建全过程如下图所显示。多线框投影一次闪频成像造成一幅稀少三维主视图,根据横纵向花纹投影扫描转化成若干幅三维主视图编码序列,再根据三维图像准配转化成高像素的详细高密度的三维曲面模型。

3、散射共焦法

散射共焦好像能够扫描精准测量不光滑和光洁的不全透明和全透明物件,如反射镜片面、玻璃面等,现阶段在手机盖板三维检测等行业广火爆。

散射共焦扫描有三种种类:点射一维肯定激光测距扫描、多一点列阵扫描和持续线扫描,下面的图各自列举了肯定激光测距和持续线扫描两大类实例,在其中持续线扫描也是一种列阵扫描,仅仅列阵的点阵式大量、更聚集。

结构光投影三维成像

结构光投影三维成像现阶段是智能机器人三维视觉效果认知的关键方法,结构光成像系统软件是由多个投影仪和照相机构成,常见的结构形式有:单投影仪-单照相机、单投影仪-双照相机、单投影仪-多照相机、单照相机-双投影仪和单照相机-多投影仪等典型性结构形式。

结构光投影三维成像的基本上原理是:投影仪向总体目标物件投影特殊的结构光照明灯具图案设计,由照相机摄入被总体目标调配后的图象,再根据图象处理和视觉效果实体模型求出总体目标物件的三维信息。

常见的投影仪关键有以下几类种类:lcd屏投影(LCD)、数据光调配投影(DLP,如数据微镜元器件(DMD)、激光器LED图案设计立即投影

依据结构光投影频次区划,结构光投影三维成像能够分为一次投影三维和数次投影三维方式 。

1、一次投影成像

一次投影结构光关键选用室内空间重复使用编号和頻率重复使用编号方式完成,常见的编号方式有:五颜六色编号、灰度级数据库索引、几何图形样子编号和任意黑斑。

现阶段在智能机器人眼手系统应用中,针对三维测量精密度规定不太高的场所,如堆垛、拆垛、三维爬取等,较为火爆的是投影伪随机数黑斑得到 总体目标三维信息,其三维成像基本原理如下图所显示。

2、数次投影成像

数次投影三维方式 关键选用時间重复使用编码方法完成,常见的图案设计编号方式有:二进制编码、多频相位编号τ35和混和编码法(如格雷码十相位花纹)等。

花纹投影三维成像基本概念如下图所显示,利用软件转化成结构光图案设计或用独特的电子光学设备造成结构光,历经电子光学投影系统软件投影至被测物件表面,随后选用图象获得机器设备(如CCD或CMOS照相机)收集被物件表面调配后产生形变的结构光图象,运用图象处理优化算法测算图象中每一个像素数与物件轮廊上面的对应关系;最终根据体系结构实体模型以及校准技术性,测算获得被测物件的三维轮廊信息。

在具体运用中,常选用格雷码投影、正弦函数相位花纹投影或格雷码十正弦函数相位混和投影3D技术。

3、偏折法成像

针对不光滑表面,结构光能够立即投影到物件表面开展视觉效果成像精准测量;但针对大透射率光洁表面和镜面玻璃物件三维精准测量,结构光投影不可以立即投影到被测则表面,三维精准测量还必须 依靠镜面玻璃偏折技术性,如下图所显示。

在这类计划方案中,花纹并不是立即投影到被测则轮廊上,只是投影到一个透射屏上,或用液晶显示器替代透射屏把花纹立即表明出去。照相机根据明亮表面折回激光光路,获得被明亮表面折射率转变 调配的花纹信息,随后校正出三维轮廊外貌。

立体视觉三维成像

立体视觉字面意思是用一只眼睛或二只双眼认知三维构造,一般状况下就是指从不一样的聚焦点获得两张或多副图象重新构建总体目标物件三维构造或深层信息。

1、单目视觉效果成像

单目视觉效果深层认知案件线索一般有:透視、镜头焦距差别、多视觉效果成像、遮盖、黑影、运动视差等。在机器人视觉里还能够用镜像系统1,及其别的shapefromX10等方式 完成。

2、双目视觉成像

双目视觉深层认知视觉效果案件线索有:双眼的收敛性部位和双眼视差。在机器视觉技术里运用2个照相机从2个聚焦点对同一个总体目标情景获得2个聚焦点图象再测算2个聚焦点图象中同名的点的视差得到 总体目标情景的三维深层信息。


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