2D, 2,5D a 3D technologie ve strojovém vidění

Technologie strojového vidění je důležitým pilířem moderní průmyslové automatizace a inteligentní výroby. Používá se široce v oblastech inspekce, navigace, kontroly kvality a dalších. Mezi nimi jsou 2D, 2,5D a 3D technologie vidění tři základní technologie, každá s rozdílnými vlastnostmi a aplikačními scénáři.

I. 2D technologie vidění: Zobrazování v rovině, jednoduchá a efektivní

1. Technické vlastnosti

2D technologie vidění zpracovává rovinné obrázky, podobně jako pořízení fotografie fotoaparátem a následné vykonání úkolu analýzou této fotografie. Hlavní kroky zahrnují:

Zachycení obrazu: Zachycení šedotónového nebo barevného obrazu pomocí průmyslové kamery, s použitím osvětlení pro získání jasnější fotografie.

Předzpracování: Zvýraznění klíčových informací na obrázcích pomocí filtrů nebo zvýšení kontrastu.

Extrakce znaků: Identifikace znaků, jako jsou rovné čáry, obrysy nebo rohové body na fotografiích.

Rozpoznávání vzorů: Použití algoritmů k určení, co tato data představují, například text nebo vzory.

Měření a pozicování: Výpočet velikosti a polohy objektu.

Detekce vad: Porovnání se standardními obrázky a vyhledání problémových míst.

2. Přípustné scénáře

2D technologie je vhodná pro úkoly, které vyžadují pouze kontrolu povrchu a nezohledňují tloušťku objektu, například:

Kontrola správného tisku výrobních štítků v továrnách.

Skenování čárových kódů na logistických balíčcích.

Detekce škrábanců nebo skvrn na povrchu plošných spojů.

3. Výhody a omezení

Výhody: Jednoduché zařízení, nízká cena, rychlá rychlost zpracování, vhodné pro rychlé zpracování velkého objemu úkolů.

Omezení: Nelze zjistit výšku nebo hloubku objektu, bezmocný proti složitým tvarům nebo zakrytým objektům.

II. Technologie 2,5D vidění: Přidání výšky, poloviční krok sterea

1. Technické vlastnosti

technologie 2,5D vidění přidává k 2D další úroveň informací: výšku objektu. Nejedná se o kompletní 3D model, ale využívá lasery nebo kamery pro měření hloubky k označení výšky v každém bodě rovinného obrazu. Mezi běžné metody patří:

Měření obrysu: Proskenuj povrch objektu laserem a změř změny výšky.

Mapa hloubky: Použij speciální kameru k vytvoření obrazu s informací o výšce.

Jednoduše řečeno, 2,5D je jako přidání „výškového štítku“ k rovinným fotkám, ale pohled je možný pouze z jednoho úhlu.

2. Použitelné scénáře

2,5D je vhodné pro scénáře, kdy je potřeba znát výšku objektu, ale ne jeho kompletní 3D tvar, například:

Kontrola, zda jsou výšky komponent na desce plošných spojů v normálu.

Měření, zda jsou povrchy objektů rovné nebo mají nerovnosti.

Pomoc robotům při určování výšky překážek během navigace.

3. Výhody a omezení

Výhody: Poskytuje více informací o výšce než 2D, ale je levnější a jednodušší než 3D; dobrý poměr ceny a výkonu.

Omezení: Lze sledovat pouze z jednoho úhlu; nedokáže zpracovat složité 3D struktury ani zakrytí více povrchů.

III. 3D vizní technologie: Plně stereoskopické, bohaté na informace

1. Technické parametry

3D vizní technologie může plně zobrazit 3D tvar a prostorovou pozici objektu, jako kdyby kreslila panoramatický obrázek objektu. Způsoby implementace zahrnují:

Stereoskopické vidění: Použití více kamer k pořizování snímků z různých úhlů a výpočtu hloubky.

Laserové skenování: Skenování povrchu objektu pomocí laseru a záznam tvaru.

Strukturované světlo: Promítání světelných vzorů na objekty a rekonstrukce 3D tvaru na základě deformace.

Časový průlet (ToF): Měření času mezi vysláním a návratem světla k výpočtu vzdálenosti.

rekonstrukce 3D: Využití více snímků nebo dat bodového mračna k sestavení 3D modelů.

2. Použitelné scénáře

3D technologie je vhodná pro úkoly vyžadující přesné 3D informace, jako jsou:

Navigace robotů při uchopení nepravidelných objektů.

Kontrola správného složení složitých dílů.

Měření objemu balíčků v logistice pro optimalizaci prostoru.

Vytváření stereoskopických map okolí v autonomním řízení.

3. Výhody a omezení

Výhody: Poskytuje úplné prostorové informace; zvládá složité scénáře a vysoké požadavky na přesnost.

Omezení: Složité vybavení, vysoká cena, pomalá rychlost zpracování, vyžaduje více výpočetních zdrojů.

IV. Porovnání 2D, 2,5D a 3D: Přehled najednou

1. Technické porovnání vlastností

2. Vyřešené problémy

2D vize: Vyniká u rovinných úloh, např. čtení čárových kódů, kontrola barev/textu.

2.5D vize: Řeší jednoduché problémy související s výškou, např. kontrola povrchových vad nebo výšky komponent.

3D vize: U vhodná pro složité 3D úlohy, např. lokalizace nepravidelných objektů nebo analýza prostorových vztahů.

3. Příklady praktického použití

(1) Automobilový průmysl:

2D: Kontrola laku karoserie a označení dílů

2.5D: Měření rovinnosti povrchu karoserie

3D: Řízení robotického svařování nebo manipulace s díly

(2) Elektronický průmysl:

2D: Kontrola pájení na povrchu plošného spoje

2,5D: Detekce výšky komponent

3D: Ověření složitých sestav komponent

(3) Logistika:

2D: Skenování štítků balení

2,5D: Měření výšky balení

3D: Výpočet objemu balení, optimalizace skladování

V. Technologické trendy: Konvergence a vývoj

Stávající technologie průmyslového vidění se rychle vyvíjí. 2D, 2,5D a 3D se stávají blíže:

Rozšíření 2,5D: Kamery s hloubkovým snímáním se stávají levnějšími, praktická volba pro mnoho úloh.

AI empowerment: Využití AI k analýze obrazu a 3D dat pro přesnější výsledky.

Technology fusion: Některé systémy flexibilně přepínají mezi třemi technologiemi v závislosti na úkolech, aby zvýšily efektivitu.

VI. Závěr: Klíčové je vybrat správnou technologii

2D, 2,5D a 3D technologie videní, každá má své výhody:

2D: Jednoduché a rychlé, vhodné pro povrchové úkoly

2,5D: Přidává informace o výšce, vhodné pro střední nároky

3D: Silné funkce, vhodné pro složité 3D úkoly