technologies 2D, 2,5D et 3D dans la vision par ordinateur

La technologie de vision industrielle constitue un pilier essentiel de l'automatisation industrielle moderne et de la fabrication intelligente. Elle est largement utilisée dans les domaines de l'inspection, de la navigation, du contrôle qualité, entre autres. Parmi celles-ci, les technologies de vision 2D, 2,5D et 3D représentent trois technologies clés, chacune possédant des caractéristiques différentes et s'appliquant à des scénarios spécifiques.

I. Technologie de vision 2D : Vision plane, simple et efficace

1. Caractéristiques techniques

la technologie de vision 2D traite des images planes, ce qui revient à prendre une photo avec un appareil photo et à accomplir une tâche en analysant cette image. Ses principales étapes incluent :

Acquisition d'image : Utilisation de caméras industrielles pour capturer des images en niveaux de gris ou en couleur, avec un éclairage permettant d'obtenir des photos plus nettes.

Prétraitement : Rendre l'information clé des images plus visible grâce à un filtrage ou un renforcement du contraste.

Extraction de caractéristiques : Identifier des caractéristiques telles que des lignes droites, des contours ou des points d'angle sur les photos.

Reconnaissance de motifs : Utiliser des algorithmes pour déterminer la nature de ces caractéristiques, par exemple du texte ou des motifs.

Mesure et positionnement : Calculer la taille et la position des objets.

Détection de défauts : Comparer avec des images standards pour identifier les problèmes existants.

2. Scénarios applicables

la technologie de vision 2D convient aux tâches qui nécessitent uniquement l'analyse de surfaces et ne requièrent pas l'épaisseur des objets, par exemple :

Vérifier si les étiquettes des produits sont correctement imprimées dans les usines.

Scanner les codes-barres sur les colis logistiques.

Détecter des rayures ou des taches sur les surfaces des cartes électroniques.

3. Avantages et Limitations

Avantages : Équipement simple, coût faible, vitesse de traitement rapide, adaptée pour accomplir rapidement des tâches en grand volume.

Limitations : Impossible de connaître la hauteur ou la profondeur d'un objet, impuissant face aux formes complexes ou aux objets occlus.

II. Technologie de vision 2,5D : Ajout de la hauteur, stéréoscopie partielle

1. Caractéristiques techniques

la technologie de vision 2,5D ajoute une couche d'information supplémentaire par rapport à la 2D : la hauteur des objets. Ce n'est pas un modèle 3D complet, mais elle utilise des lasers ou des caméras de profondeur pour marquer la hauteur en chaque point des images planes. Les méthodes courantes incluent :

Mesure du contour : balayage de la surface de l'objet avec un laser pour mesurer les variations de hauteur.

Carte de profondeur : utilisation de caméras spéciales pour générer des images comportant des informations de hauteur.

En résumé, la vision 2,5D est comme l'ajout d'une "étiquette de hauteur" à des photos planes, mais ne permet de voir que sous un seul angle.

2. Scénarios applicables

la vision 2,5D convient aux scénarios nécessitant la connaissance de la hauteur des objets mais pas leur forme 3D complète, tels que :

Vérifier si les hauteurs des composants sur les cartes de circuits sont normales.

Mesurer si les surfaces des objets sont planes ou présentent des bosses.

Aider les robots à évaluer la hauteur des obstacles lors de la navigation.

3. Avantages et limites

Avantages : offre plus d'informations de hauteur que la 2D, mais est moins coûteuse et plus simple que la 3D ; bon rapport qualité-prix.

Limites : visionnage possible uniquement sous un angle ; ne peut gérer des structures 3D complexes ou des occlusions multi-surfaces.

III. Technologie de vision 3D : Stéréoscopique complète, riche en informations

1. Caractéristiques techniques

la technologie de vision 3D peut présenter entièrement la forme 3D et la position spatiale d'un objet, comme dessiner une image panoramique de l'objet. Les méthodes de mise en œuvre incluent :

Vision stéréoscopique : utiliser plusieurs caméras pour prendre des photos sous différents angles et calculer la profondeur.

Numérisation laser : balayer la surface de l'objet avec un laser pour enregistrer la forme.

Lumière structurée : projeter des motifs lumineux sur les objets et reconstruire la forme 3D en fonction de leur déformation.

Temps de vol (ToF) : mesurer le temps d'émission et de retour de la lumière pour calculer la distance.

reconstruction 3D : utiliser plusieurs photos ou des données de nuage de points pour assembler des modèles 3D.

2. Scénarios applicables

la technologie 3D convient aux tâches nécessitant des informations 3D précises, telles que :

Guider les robots pour saisir des objets irréguliers.

Vérifier si les pièces complexes sont assemblées correctement.

Mesurer le volume des colis en logistique afin d'optimiser l'espace.

Créer des cartes stéréoscopiques de l'environnement dans le contexte de la conduite autonome.

3. Avantages et limites

Avantages : Fournit des informations spatiales complètes ; gère les scénarios complexes et les besoins en haute précision.

Limites : Équipement complexe, coût élevé, vitesse de traitement lente, nécessite davantage de ressources informatiques.

IV. Comparaison entre 2D, 2,5D et 3D : Clair au premier coup d'œil

1. Comparaison des caractéristiques techniques

2. Problèmes résolus

2D vision : Excellente pour les tâches en plan, par exemple, la lecture de codes-barres, la vérification des couleurs/textes.

vision 2,5D : Résout des problèmes simples liés à la hauteur, par exemple, les défauts de surface ou l'inspection de la hauteur des composants.

3D vision : Adaptée aux tâches complexes en 3D, par exemple, la localisation d'objets irréguliers ou l'analyse des relations spatiales.

3. Exemples d'applications pratiques

(1) Fabrication automobile :

2D : Inspecter la peinture du corps de la voiture et les marquages des pièces

2,5D : Mesurer la planéité de la surface du corps de la voiture

3D : Guider le soudage robotisé ou la manipulation des pièces

(2) Industrie électronique :

2D : Inspecter le brasage de surface des cartes de circuits

2,5D : Détecter les hauteurs des composants

3D : Vérifier l'assemblage des composants complexes

(3) Logistique :

2D : Numériser les étiquettes des colis

2,5D : Mesurer la hauteur des colis

3D : Calculer le volume des colis, optimiser le stockage

V. Tendances technologiques : Convergence et développement

La technologie actuelle de vision industrielle évolue rapidement. Les technologies 2D, 2,5D et 3D se rapprochent :

Popularisation du 2,5D : Les caméras de profondeur deviennent moins chères, choix pratique pour de nombreuses tâches.

Soutenu par l'IA : Utiliser l'intelligence artificielle pour analyser les images et les données 3D afin d'obtenir des résultats plus précis.

Fusion technologique : Certains systèmes passent en mode flexible entre trois technologies selon les tâches afin d'améliorer l'efficacité.

VI. Conclusion : Choisir la bonne technologie est essentiel

les technologies de vision 2D, 2,5D et 3D présentent chacune des atouts :

2D : Simple et rapide, adaptée aux tâches en surface

2,5D : Ajoute l'information de hauteur, adaptée aux exigences moyennes

3D : Fonctionnalité puissante, adaptée aux tâches 3D complexes