tecnologie 2D, 2.5D e 3D nella visione artificiale

La tecnologia della visione artificiale rappresenta un pilastro fondamentale dell'automazione industriale e della produzione intelligente moderne, ed è ampiamente utilizzata nei settori dell'ispezione, della navigazione, del controllo qualità e altri ancora. Tra queste, le tecnologie di visione 2D, 2.5D e 3D costituiscono tre tecnologie chiave, ciascuna con caratteristiche e scenari applicativi differenti.

I. Tecnologia della Visione 2D: Visione Piana, Semplice ed Efficiente

1. Caratteristiche Tecniche

la tecnologia della visione 2D elabora immagini piane, in modo simile a scattare una foto con una fotocamera e completare un compito analizzando questa immagine. I suoi principali passaggi includono:

Acquisizione dell'immagine: utilizzo di telecamere industriali per catturare immagini in scala di grigi o a colori, con un'illuminazione adeguata per rendere le foto più nitide.

Preprocessing: Rendere le informazioni chiave nelle immagini più evidenti attraverso filtraggio o miglioramento del contrasto.

Estrazione di caratteristiche: Identificare caratteristiche come linee rette, contorni o punti d'angolo nelle foto.

Riconoscimento di schemi: Utilizzare algoritmi per determinare che cosa rappresentano queste caratteristiche, ad esempio testo o schemi.

Misurazione e posizionamento: Calcolare le dimensioni e la posizione degli oggetti.

Rilevamento di difetti: Confrontare con immagini standard per individuare dove si trovano i problemi.

2. Scenari applicabili

la tecnologia di visione 2D è adatta per compiti che necessitano solo di osservare le superfici e non richiedono lo spessore degli oggetti, ad esempio:

Verificare se le etichette dei prodotti sono stampate correttamente nelle fabbriche.

Scansionare codici a barre su pacchi logistici.

Rilevare graffi o macchie sulle superfici delle schede elettroniche.

3. Vantaggi e limitazioni

Vantaggi: Attrezzatura semplice, costo ridotto, velocità di elaborazione elevata, adatta per completare rapidamente grandi quantità di lavoro.

Limitazioni: Non è possibile conoscere l'altezza o la profondità dell'oggetto, impotente contro forme complesse o oggetti occlusi.

II. Tecnologia Visione 2.5D: Aggiungere Altezza, Stereo a Mezzo Passo

1. Caratteristiche Tecniche

la tecnologia 2.5D aggiunge un ulteriore livello d'informazione al 2D: l'altezza dell'oggetto. Non è un modello 3D completo, ma utilizza laser o telecamere a profondità per indicare l'altezza in ogni punto delle immagini piane. I metodi comuni includono:

Misurazione del contorno: Scansione della superficie dell'oggetto con un laser per misurare le variazioni di altezza.

Mappa di profondità: Utilizzo di telecamere speciali per generare immagini con informazioni sull'altezza.

In parole semplici, il 2.5D è come aggiungere un'"etichetta di altezza" alle foto piane, ma consente la visione soltanto da un angolo.

2. Scenari applicabili

il 2.5D è adatto a scenari che necessitano dell'altezza dell'oggetto ma non della sua forma 3D completa, come ad esempio:

Verificare se le altezze dei componenti sulle schede elettroniche sono normali.

Misurare se le superfici degli oggetti sono piane o presentano rigonfiamenti.

Aiutare i robot a valutare l'altezza degli ostacoli durante la navigazione.

3. Vantaggi e Limitazioni

Vantaggi: Fornisce più informazioni di altezza rispetto al 2D, ma è più economico e semplice rispetto al 3D; buon rapporto qualità-prezzo.

Limitazioni: È possibile visualizzare solo da un angolo; non gestisce strutture 3D complesse o occlusioni su più superfici.

III. Tecnologia di Visione 3D: Stereo Completa, Ricca di Informazioni

1. Caratteristiche tecniche

la tecnologia di visione 3D può rappresentare completamente la forma 3D e la posizione spaziale di un oggetto, come disegnare un'immagine panoramica dell'oggetto. I metodi di implementazione includono:

Visione stereo: Utilizzare più telecamere per scattare foto da angoli diversi e calcolare la profondità.

Scansione laser: Scansionare la superficie dell'oggetto con un laser per registrarne la forma.

Luce strutturata: Proiettare pattern di luce sugli oggetti e ricostruire la forma 3D in base alla deformazione.

Time of Flight (ToF): Misurare il tempo di emissione e ritorno della luce per calcolare la distanza.

ricostruzione 3D: Utilizzare più foto o dati di nuvole di punti per assemblare modelli 3D.

2.Scenari applicabili

la tecnologia 3D è adatta per compiti che richiedono informazioni 3D precise, ad esempio:

Guidare i robot nell'afferrare oggetti irregolari.

Verificare se parti complesse sono assemblate correttamente.

Misurare il volume dei pacchi nella logistica per ottimizzare lo spazio.

Creare mappe stereo dell'ambiente nell'automazione della guida.

3.Vantaggi e limiti

Vantaggi: Fornisce informazioni spaziali complete; gestisce scenari complessi e richieste di alta precisione.

Limiti: Attrezzatura complessa, alto costo, velocità di elaborazione lenta, richiede maggiori risorse di calcolo.

IV.Confronto tra 2D, 2,5D e 3D: Chiaro a colpo d'occhio

1. Confronto tra le caratteristiche tecniche

2. Problemi risolti

visione 2D: Eccelle in compiti planari, ad esempio, leggere codici a barre, verificare colori/testi

visione 2.5D: Risolve problemi semplici legati all'altezza, ad esempio, ispezione di difetti superficiali o altezza dei componenti

visione 3D: Adatta per compiti complessi in 3D, ad esempio, individuare oggetti irregolari o analizzare relazioni spaziali

3. Esempi di applicazione pratica

(1) Produzione automobilistica:

2D: Ispezionare la verniciatura del telaio e le marcature dei componenti

2.5D: Misurare la planarità della superficie del telaio

3D: Guidare robot per saldatura o manipolazione componenti

(2) Industria elettronica:

2D: Ispezionare la saldatura sulla superficie della scheda circuito

2.5D: Rilevare l'altezza dei componenti

3D: Verificare l'assemblaggio di componenti complessi

(3) Logistica:

2D: Scansionare le etichette del pacchetto

2.5D: Misurare l'altezza del pacchetto

3D: Calcolare il volume del pacchetto, ottimizzare lo stoccaggio

V. Tendenze tecnologiche: Convergenza e sviluppo

La tecnologia attuale di visione artificiale si sviluppa rapidamente. 2D, 2.5D e 3D si stanno avvicinando sempre di più:

Diffusione del 2.5D: Le telecamere a profondità stanno diventando più economiche, scelta pratica per molte applicazioni.

Potenziamento dell'AI: Utilizzo dell'AI per analizzare immagini e dati 3D al fine di ottenere risultati più precisi.

Fusione tecnologica: Alcuni sistemi passano flessibilmente tra tre tecnologie in base al compito da svolgere, migliorando l'efficienza.

VI. Conclusione: La scelta della tecnologia corretta è fondamentale

le tecnologie di visione 2D, 2.5D e 3D presentano ciascuna punti di forza:

2D: Semplice e veloce, adatta per compiti superficiali

2.5D: Aggiunge informazioni sull'altezza, adatta per esigenze intermedie

3D: Funzionalità avanzate, adatta per compiti 3D complessi