2D-, 2,5D- en 3D-technologieën in machinevisie

Machinevisietechnologie is een belangrijke pijler van moderne industriële automatisering en slimme productie, veel gebruikt in inspectie, navigatie, kwaliteitscontrole en andere toepassingsgebieden. Daarbinnen zijn 2D-, 2,5D- en 3D-visietechnologieën drie kern technologieën, elk met verschillende kenmerken en toepasselijke scenario's.

I. 2D-visietechnologie: vlakweergave, eenvoudig en efficiënt

1. Technische kenmerken

2D-visietechnologie verwerkt platte afbeeldingen, vergelijkbaar met het maken van een foto met een camera en het uitvoeren van taken door analyse van deze foto. De belangrijkste stappen zijn:

Beeldacquisitie: gebruik industriële camera's om grijswaarde- of kleurafbeeldingen vast te leggen, met behulp van verlichting om de foto duidelijker te maken.

Voorverwerking: Maak sleutelinformatie in afbeeldingen duidelijker zichtbaar door filtering of contrastversterking.

Functie-extractie: Identificeer kenmerken zoals rechte lijnen, contouren of hoekpunten in foto's.

Patroonherkenning: Gebruik algoritmen om te beoordelen wat deze kenmerken zijn, zoals tekst of patronen.

Meting en positionering: Bereken de grootte en positie van objecten.

Defectdetectie: Vergelijk met standaardafbeeldingen om problemen te identificeren.

2. Toepasbare scenario's

2D-visietechnologie is geschikt voor taken die alleen het oppervlak hoeven te bekijken en waarbij de dikte van objecten niet vereist is, zoals:

Controleren of productetiketten correct zijn afgedrukt in fabrieken.

Barcode scannen op logistieke pakketten.

Krassen of vlekken detecteren op oppervlakken van printplaten.

3. Voordelen en beperkingen

Voordelen: Eenvoudige apparatuur, lage kosten, hoge verwerkingsnelheid, geschikt voor het snel uitvoeren van grote hoeveelheden werk.

Beperkingen: Kan de hoogte of diepte van objecten niet kennen, machteloos tegenover complexe vormen of verhulde objecten.

II. 2.5D-visietechnologie: Hoogte toevoegen, half-stereoscopisch

1. Technische kenmerken

2.5D-visietechnologie voegt een extra laag informatie toe aan 2D: de hoogte van objecten. Het is geen volledig 3D-model, maar maakt gebruik van lasers of dieptecamera's om de hoogte op elk punt in vlakke afbeeldingen aan te geven. Veelvoorkomende methoden zijn:

Contourmeting: Scan het oppervlak van objecten met een laser om hoogteveranderingen te meten.

Dieptekaart: Gebruik speciale camera's om afbeeldingen met hoogte-informatie te genereren.

Eenvoudig gezegd is 2.5D als het toevoegen van een "hoogtelabel" aan platte foto's, maar je kunt er maar vanaf één hoek naar kijken.

2. Toepasselijke scenario's

2.5D is geschikt voor scenario's waarbij de hoogte van objecten nodig is, maar niet de volledige 3D-vorm, zoals:

Controleren of de hoogtes van componenten op printplaten normaal zijn.

Meten of objectoppervlakken vlak zijn of oneffenheden hebben.

Robotjes helpen bij het beoordelen van de hoogte van obstakels tijdens navigatie.

3. Voordelen en beperkingen

Voordelen: Bevat meer hoogte-informatie dan 2D, maar goedkoper en eenvoudiger dan 3D; goede prijs-kwaliteitverhouding.

Beperkingen: Alleen zicht vanuit één hoek; kan geen complexe 3D-structuren of meervlakken-occlusie verwerken.

III. 3D-visietechnologie: Volledig stereoscopisch, informatie-rijk

1. Technische kenmerken

3D-visietechnologie kan de 3D-vorm en ruimtelijke positie van een object volledig weergeven, zoals het maken van een panoramisch beeld van het object. Implementatiemethoden zijn onder andere:

Stereo-visie: Gebruik meerdere camera's om foto's vanuit verschillende hoeken te maken en de diepte te berekenen.

Laserscanning: Scan het objectoppervlak met een laser om de vorm vast te leggen.

Gestructureerd licht: Projecteer lichtpatronen op objecten en reconstrueer de 3D-vorm op basis van vervorming.

Time of Flight (ToF): Meet de tijd tussen het uitzenden en terugkeren van licht om de afstand te berekenen.

3D-reconstructie: Gebruik meerdere foto's of puntenwolkgegevens om 3D-modellen samen te stellen.

2.Toepasselijke scenario's

3D-technologie is geschikt voor taken die precisie 3D-informatie vereisen, zoals:

Het sturen van robots om onregelmatige objecten vast te pakken.

Controleren of complexe onderdelen correct zijn gemonteerd.

Het meten van het pakketvolume in de logistiek om de ruimte te optimaliseren.

Het opbouwen van stereokaarten van de omgeving bij autonoom rijden.

3.Voordelen en beperkingen

Voordelen: Geeft volledige ruimtelijke informatie; kan complexe scenario's en behoefte aan hoge precisie aan.

Beperkingen: Complex apparaat, hoge kosten, langzame verwerkingssnelheid, vereist meer rekenkracht.

IV.Vergelijking van 2D, 2,5D en 3D: Duidelijk overzichtelijk

1. Technische functievergelijking

2. Problemen opgelost

2D-visie: Uitstekend voor platte taakjes, bijvoorbeeld streepjescodes lezen, kleuren/tekst controleren

2.5D-visie: Opgeloste eenvoudige hoogteproblemen, bijvoorbeeld oppervlaktefouten of componenthoogte-inspectie

3D-visie: Geschikt voor complexe 3D-taakjes, bijvoorbeeld lokaliseren van onregelmatige objecten of analyseren van ruimtelijke relaties

3. Praktijkvoorbeelden

(1) Auto-industrie:

2D: Inspectie van lak en onderdeelmarkeringen van auto's

2.5D: Meten van vlakheid van het carrosserieoppervlak

3D: Robotlassen of onderdeelhandelingen begeleiden

(2) Elektronicaindustrie:

2D: Controleer oppervlaksoldering van printplaten

2,5D: Detecteer componenthoogtes

3D: Verifieer complexe componentassemblage

(3) Logistiek:

2D: Scan verpakkingslabels

2,5D: Meet verpakkingshoogte

3D: Bereken verpakkingsvolume, optimaliseer opslag

V. Technologietrends: Convergentie en ontwikkeling

De huidige machinevisietechnologie ontwikkelt zich razendsnel. 2D, 2,5D en 3D groeien steeds dichter naar elkaar toe:

Popularisering van 2,5D: Dieptecamera's worden goedkoper en zijn een praktische keuze voor veel taken.

AI-kracht: Gebruik van AI om afbeeldingen en 3D-gegevens te analyseren voor preciezere resultaten.

Technologische fusie: Sommige systemen schakelen flexibel tussen drie technologieën afhankelijk van de taken om de efficiëntie te verbeteren.

VI. Conclusie: Het juiste technologie kiezen is essentieel

2D-, 2,5D- en 3D-visiontechnologieën hebben elk hun sterktes:

2D: Eenvoudig en snel, geschikt voor oppervlaktetaken

2,5D: Voegt hoogte-informatie toe, geschikt voor gemiddelde eisen

3D: Uitgebreide functionaliteit, geschikt voor complexe 3D-taken