technologie 2D, 2,5D i 3D w wizji maszynowej
Technologia wizji maszynowej jest ważnym filarem współczesnej automatyki przemysłowej i inteligentnej produkcji, szeroko stosowaną w dziedzinach takich jak inspekcja, nawigacja, kontrola jakości i inne. Wśród nich wizja 2D, 2,5D i 3D to trzy podstawowe technologie, z których każda ma inne właściwości i zastosowania.
I. Technologia wizji 2D: Widok płaski, prosta i wydajna
1. Charakterystyka techniczna
technologia wizji 2D przetwarza obrazy płaskie, podobnie jak robienie zdjęcia aparatem i wykonywanie zadań poprzez analizę tego zdjęcia. Główne etapy obejmują:
Pobieranie obrazu: Użycie przemysłowych kamer do przechwytywania obrazów w skali szarości lub kolorowych, z oświetleniem do uzyskania wyraźniejszych zdjęć.
Wstępne przetwarzanie: Wyostrzenie najważniejszych informacji na obrazie poprzez filtrację lub zwiększenie kontrastu.
Ekstrakcja cech: Identyfikacja cech takich jak proste linie, kontury czy punkty narożne na zdjęciach.
Rozpoznawanie wzorców: Wykorzystanie algorytmów do określania, czym są dane cechy, np. tekst czy wzory.
Pomiar i pozycjonowanie: Obliczanie rozmiaru i położenia obiektu.
Wykrywanie defektów: Porównywanie z obrazami wzorcowymi w celu znalezienia miejsc, w których występują problemy.
2. Scenariusze zastosowania
technologia wizji 2D jest odpowiednia do zadań, które wymagają jedynie analizy powierzchni i nie potrzebują informacji o grubości obiektu, na przykład:
Sprawdzanie, czy etykiety produktowe są poprawnie wydrukowane w fabrykach.
Skanowanie kodów kreskowych na paczkach logistycznych.
Wykrywanie zarysowań lub plam na powierzchni płytek drukowanych.
3. Zalety i ograniczenia
Zalety: Prosta aparatura, niski koszt, szybka prędkość przetwarzania, odpowiednia do szybkiego wykonywania dużych ilości zadań.
Ograniczenia: Nie można poznać wysokości lub głębokości obiektu, bezsilny wobec złożonych kształtów lub obiektów częściowo niewidocznych.
II. Technologia wizji 2,5D: Dodanie wysokości, półkrok stereoskopowy
1. Charakterystyka techniczna
technologia wizji 2,5D dodaje jeden dodatkowy poziom informacji do obrazu 2D: wysokość obiektu. Nie jest to pełny model 3D, ale wykorzystuje lasery lub kamery głębi do oznaczania wysokości w każdym punkcie obrazu płaskiego. Popularne metody obejmują:
Pomiar konturu: Skanowanie powierzchni obiektu laserem w celu zmierzenia zmian wysokości.
Mapa głębi: Generowanie obrazów z informacją o wysokości przy użyciu specjalnych kamer.
Mówiąc prościej, wizja 2,5D przypomina dodanie "etykiety wysokości" do zdjęć płaskich, jednak umożliwia przeglądanie wyłącznie z jednego kąta.
2. Scenariusze możliwe do zastosowania
wizja 2,5D nadaje się do scenariuszy wymagających znajomości wysokości obiektu, ale nie pełnego kształtu 3D, takich jak:
Sprawdzanie, czy wysokości komponentów na płytce drukowanej są prawidłowe.
Mierzenie, czy powierzchnie obiektów są płaskie czy posiadają nierówności.
Pomoc robotom w ocenie wysokości przeszkód podczas nawigacji.
3. Zalety i ograniczenia
Zalety: Udostępnia więcej informacji o wysokości niż 2D, ale jest tańsza i prostsza niż 3D; dobra relacja ceny do jakości.
Ograniczenia: Można oglądać tylko z jednego kąta; nie radzi sobie z złożonymi strukturami 3D ani z zasłanianiem wielu powierzchni.
III. Technologia wizyjna 3D: pełna stereoskopowość, bogata w informacje
1. Charakterystyka techniczna
technologia wizyjna 3D umożliwia pełne przedstawienie kształtu 3D obiektu i jego pozycji przestrzennej, jak narysowanie panoramicznego obrazu obiektu. Metody realizacji obejmują:
Wizja stereoskopowa: Używa wielu kamer do robienia zdjęć z różnych kątów i obliczania głębi.
Skanowanie laserowe: Skanuje powierzchnię obiektu laserem, aby zarejestrować kształt.
Światło strukturalne: Rzuca wzory świetlne na obiekty i odtwarza kształt 3D na podstawie deformacji.
Pomiar czasu przelotu (ToF): Mierzy czas emisji i powrotu światła, aby obliczyć odległość.
rekonstrukcja 3D: Wykorzystuje wiele zdjęć lub dane chmury punktów do tworzenia modeli 3D.
2. Zastosowania
technologia 3D jest odpowiednia do zadań wymagających precyzyjnych danych 3D, takich jak:
Sterowanie robotami podczas chwytania nieregularnych obiektów.
Sprawdzanie, czy złożone części zostały prawidłowo zamontowane.
Pomiar objętości przesyłek w logistyce w celu optymalizacji przestrzeni.
Tworzenie stereoskopowych map otoczenia w samochodach autonomicznych.
3. Zalety i ograniczenia
Zalety: Zapewnia pełne informacje przestrzenne; radzi sobie z złożonymi scenariuszami i wysoką precyzją.
Ograniczenia: Złożona aparatura, wysoki koszt, powolna prędkość przetwarzania, wymaga większych zasobów obliczeniowych.
IV. Porównanie 2D, 2.5D i 3D: Jasne i czytelne od pierwszego rzutu oka
1. Porównanie cech technicznych
Proporcje |
wizja 2D |
wizja 2,5D |
wizja 3D |
Typ Danych |
Obraz płaski |
Obraz płaski + wysokość |
Kompletny model 3D |
Informacja o głębi |
Brak |
Głębokość jednokątna |
Głębokość wielokątna |
Złożoność wyposażenia |
Prosty |
Średni |
Złożoną |
Koszt |
Niski |
Średni |
Wysoki |
Prędkość przetwarzania |
Szybko. |
Średni |
Powoli. |
2. Rozwiązane problemy
wizja 2D: Doskonała w zadanich płaskich, np. odczytywanie kodów kreskowych, sprawdzanie kolorów/tekstu.
wizja 2,5D: Rozwiązuje proste problemy związane z wysokością, np. wady powierzchniowe lub kontrola wysokości komponentów.
wizja 3D: Odpowiednia do złożonych zadań 3D, np. lokalizowanie nieregularnych obiektów lub analizowanie relacji przestrzennych.
3. Przykłady zastosowań praktycznych
(1) Przemysł motoryzacyjny:
2D: Kontrola lakieru karoserii i oznaczeń części
2,5D: Pomiar płaskości powierzchni karoserii
3D: Sterowanie robotem do spawania lub manipulacji częściami
(2) Przemysł elektroniczny:
2D: Sprawdź lutowanie powierzchniowe płyty obwodu
2,5D: Wykryj wysokości komponentów
3D: Zweryfikuj montaż złożonych komponentów
(3) Logistyka:
2D: Zeskanuj etykiety opakowań
2,5D: Zmierz wysokość opakowania
3D: Oblicz objętość opakowania, zoptymalizuj magazynowanie
V. Trendy technologiczne: Konwergencja i rozwój
Obecna technologia wizyjna rozwija się szybko. 2D, 2,5D i 3D stają się coraz bliższe:
Popularność 2,5D: Kamery głębi stają się tańsze, stanowią praktyczną opcję dla wielu zadań.
Wzmacnianie AI: Wykorzystanie AI do analizy obrazów i danych 3D w celu uzyskania większej precyzji.
Fuzja technologii: Niektóre systemy elastycznie przełączają się pomiędzy trzema technologiami w zależności od zadań, aby zwiększyć wydajność.
VI. Wniosek: Wybór odpowiedniej technologii jest kluczowy
technologie wizyjne 2D, 2.5D i 3D mają swoje specyficzne zalety:
2D: Prosta i szybka, odpowiednia do zadań na powierzchni
2.5D: Dodaje informacje o wysokości, odpowiednia do średnich wymagań
3D: Mocne możliwości, odpowiednia do skomplikowanych zadań 3D