tecnologias 2D, 2.5D e 3D em Visão Computacional

A tecnologia de visão computacional é um pilar importante na automação industrial moderna e na fabricação inteligente, sendo amplamente utilizada em inspeção, navegação, controle de qualidade e outros campos. Entre elas, as tecnologias de visão 2D, 2,5D e 3D são três tecnologias centrais, cada uma com características diferentes e cenários de aplicação.

I. Tecnologia de Visão 2D: Visão Plana, Simples e Eficiente

1. Características Técnicas

a tecnologia de visão 2D processa imagens planas, algo semelhante a tirar uma foto com uma câmera e executar tarefas analisando essa imagem. Seus principais passos incluem:

Aquisição de imagem: utilizar câmeras industriais para capturar imagens em escala de cinza ou coloridas, com iluminação para deixar as fotos mais nítidas.

Pré-processamento: Tornar as informações-chave nas imagens mais proeminentes por meio de filtragem ou realce de contraste.

Extração de características: Identificar características como linhas retas, contornos ou pontos de canto nas fotos.

Reconhecimento de padrões: Utilizar algoritmos para identificar o que essas características representam, como texto ou padrões.

Medição e posicionamento: Calcular o tamanho e a posição dos objetos.

Detecção de defeitos: Comparar com imagens padrão para identificar onde estão os problemas.

2. Cenários aplicáveis

a tecnologia de visão 2D é adequada para tarefas que precisam apenas visualizar superfícies e não exigem espessura dos objetos, como por exemplo:

Verificar se as etiquetas dos produtos estão impressas corretamente nas fábricas.

Digitalizar códigos de barras nas embalagens de logística.

Detectar arranhões ou manchas na superfície das placas de circuito.

3. Vantagens e limitações

Vantagens: Equipamento simples, baixo custo, velocidade de processamento rápida, adequada para concluir rapidamente tarefas de grande volume.

Limitações: Não consegue saber a altura ou profundidade do objeto, sem poder contra formas complexas ou objetos ocultos.

II. Tecnologia de Visão 2.5D: Adicionando Altura, Estéreo de Meio Passo

1. Características Técnicas

a tecnologia de visão 2.5D adiciona uma camada adicional de informação ao 2D: altura do objeto. Não é um modelo 3D completo, mas utiliza lasers ou câmeras de profundidade para marcar a altura em cada ponto das imagens planas. Métodos comuns incluem:

Medição de contorno: escanear a superfície do objeto com laser para medir as variações de altura.

Mapa de profundidade: usar câmeras especiais para gerar imagens com informações de altura.

Simplificando, o 2.5D é como adicionar uma "marca de altura" às fotos planas, mas só permite visualização a partir de um ângulo.

2. Cenários aplicáveis

o 2.5D é adequado para cenários que necessitam da altura do objeto, mas não da forma 3D completa, tais como:

Verificar se as alturas dos componentes em placas de circuito estão normais.

Medir se as superfícies dos objetos são planas ou possuem saliências.

Ajudar robôs a avaliar a altura dos obstáculos durante a navegação.

3. Vantagens e Limitações

Vantagens: Possui mais informações de altura do que 2D, porém é mais barato e simples que 3D; bom custo-benefício.

Limitações: Só é possível visualizar de um único ângulo; não consegue lidar com estruturas 3D complexas ou oclusões de múltiplas superfícies.

III. Tecnologia de Visão 3D: Estéreo Completa, Rica em Informações

1. Características técnicas

a tecnologia de visão 3D pode apresentar completamente a forma 3D e a posição espacial de um objeto, como desenhar uma imagem panorâmica do objeto. Os métodos de implementação incluem:

Visão estéreo: Utiliza múltiplas câmeras para capturar fotos de diferentes ângulos e calcular a profundidade.

Varredura a laser: Varre a superfície do objeto com laser para registrar sua forma.

Luz estruturada: Projeta padrões de luz sobre os objetos e reconstrói a forma 3D com base na deformação.

Tempo de Voo (ToF): Mede o tempo de emissão e retorno da luz para calcular a distância.

reconstrução 3D: Utiliza múltiplas fotos ou dados de nuvem de pontos para montar modelos 3D.

2.Cenários Aplicáveis

a tecnologia 3D é adequada para tarefas que exigem informações precisas em 3D, tais como:

Orientar robôs para pegar objetos irregulares.

Verificar se peças complexas foram montadas corretamente.

Medir o volume de pacotes na logística para otimizar o espaço.

Criar mapas estéreo do ambiente em veículos autônomos.

3.Vantagens e Limitações

Vantagens: Fornece informações espaciais completas; lida com cenários complexos e necessidades de alta precisão.

Limitações: Equipamento complexo, custo elevado, velocidade de processamento lenta, requer mais recursos computacionais.

IV. Comparação entre 2D, 2,5D e 3D: Claro à Primeira Vista

1. Comparação de Características Técnicas

2. Problemas Resolvidos

2D vision: Excelente em tarefas planares, p. ex., ler códigos de barras, verificar cores/texto.

2.5D vision: Resolve problemas simples relacionados à altura, p. ex., inspecionar defeitos superficiais ou altura de componentes.

3D vision: Adequado para tarefas complexas em 3D, p. ex., localizar objetos irregulares ou analisar relações espaciais.

3. Exemplos Práticos de Aplicação

(1) Fabricação automotiva:

2D: Inspecionar pintura do corpo do carro e marcações de peças

2.5D: Medir planicidade da superfície do corpo do carro

3D: Guiar soldagem robótica ou manipulação de peças

(2) Indústria eletrônica:

2D: Inspecionar soldagem superficial de placas de circuito

2.5D: Detectar alturas dos componentes

3D: Verificar montagem de componentes complexos

(3) Logística:

2D: Escanear etiquetas das embalagens

2.5D: Medir altura da embalagem

3D: Calcular volume da embalagem, optimizar armazenamento

V. Tendências Tecnológicas: Convergência e Desenvolvimento

A tecnologia actual de visão por máquina desenvolve-se rapidamente. 2D, 2.5D e 3D estão a aproximar-se cada vez mais:

Popularização do 2.5D: Câmaras de profundidade tornam-se mais baratas, opção prática para muitas tarefas.

Potencialização por IA: Utilizar IA para analisar imagens e dados 3D para resultados mais precisos.

Fusão tecnológica: Alguns sistemas alternam flexivelmente entre três tecnologias com base nas tarefas para melhorar a eficiência.

VI. Conclusão: Escolher a tecnologia correta é fundamental

tecnologias de visão 2D, 2,5D e 3D possuem cada uma suas vantagens:

2D: Simples e rápida, adequada para tarefas em superfícies

2,5D: Adiciona informações de altura, adequada para demandas médias

3D: Funcionalidade avançada, adequada para tarefas complexas em 3D