2D, 2,5D та 3D технології у машинному баченні

Технологія машинного бачення є важливою складовою сучасної промислової автоматизації та інтелектуального виробництва, широко використовується у сфері контролю, навігації, забезпечення якості та інших галузях. Зокрема, 2D, 2,5D та 3D технології візуалізації є трьома ключовими технологіями, кожна з яких має різні характеристики та сфери застосування.

І. 2D-технологія візуалізації: площинне зображення, простота та ефективність

1. Технічні характеристики

2D-технологія візуалізації обробляє плоскі зображення, подібно до того, як виконується фотографія за допомогою камери, а потім завдання виконуються шляхом аналізу цієї фотографії. Основні етапи включають:

Отримання зображення: використання промислових камер для отримання зображень у відтінках сірого або кольорових, з використанням підсвічування для досягнення більшої чіткості зображення.

Попередня обробка: Зробити ключову інформацію на зображеннях більш виразною за допомогою фільтрації або підвищення контрасту.

Виявлення ознак: Визначити ознаки, такі як прямі лінії, контури або кутові точки на фотографіях.

Розпізнавання зразків: Використовувати алгоритми для визначення цих ознак, наприклад, текст або візерунки.

Вимірювання та позиціонування: Обчислити розмір та положення об'єкта.

Виявлення дефектів: Порівняти з еталонними зображеннями, щоб виявити місця, де є проблеми.

2. Заклади застосування

2D-візуальна технологія підходить для завдань, які потребують лише перегляду поверхонь і не потребують товщини об'єктів, наприклад:

Перевірка правильності друку позначень на продуктах у фабриках.

Сканування штрих-кодів на логістичних пакунках.

Виявлення подряпин або плям на поверхні друкованих плат.

3. Переваги та обмеження

Переваги: Просте обладнання, низька вартість, швидкість обробки, придатне для швидкого виконання великих обсягів робіт.

Обмеження: Неможливо дізнатися висоту або глибину об'єкта, безсилий перед складними формами чи частково прихованими об'єктами.

II. Технологія 2.5D-зору: Додавання висоти, напівстерео

1. Технічні характеристики

технологія 2.5D-зору додає ще один шар інформації до 2D: висоту об'єкта. Це не є повною 3D-моделлю, але використовує лазери або камери глибини для позначення висоти в кожній точці площинних зображень. Поширені методи включають:

Вимірювання контуру: Сканування поверхні об'єкта лазером для вимірювання змін висоти.

Карта глибини: Використання спеціальних камер для створення зображень з інформацією про висоту.

Простими словами, 2.5D схожий на додавання "позначки висоти" до плоских фотографій, але перегляд можливий тільки з одного кута.

2. Застосовні сценарії

2.5D підходить для сценаріїв, де потрібна висота об'єкта, але не вся його 3D-форма, наприклад:

Перевірка, чи є нормальною висота компонентів на друкованих платах.

Вимірювання, чи є плоскими поверхні об'єктів чи вони мають виступи.

Допомога роботам у визначенні висоти перешкод під час навігації.

3. Переваги та обмеження

Переваги: Надає більше інформації про висоту, ніж 2D, але дешевший і простіший, ніж 3D; гарне співвідношення ціни та якості.

Обмеження: Перегляд можливий тільки з одного кута; не може впоратися зі складними 3D-структурами або багатоповерхневим прихованням.

III. Технологія 3D-зору: Повний стерео, багато інформації

1. Технічні характеристики

технологія 3D-зору може повністю передати 3D-форму об'єкта та його просторову позицію, ніби намалювати панорамне зображення об'єкта. Методи реалізації включають:

Стереозор: Використовувати кілька камер для зйомки з різних кутів та обчислення глибини.

Лазерне сканування: Сканувати поверхню об'єкта лазером для запису форми.

Структуроване світло: Проектувати світлові візерунки на об'єкти та відтворювати 3D-форму на основі деформації.

Час вильоту (ToF): Вимірювати час випромінювання-повернення світла для обчислення відстані.

3D-реконструкція: Використовувати кілька фотографій або дані точкових хмар для створення 3D-моделей.

2. Застосування

3D-технологія підходить для завдань, що вимагають точних 3D-даних, наприклад:

Направляти роботів при захопленні неправильних об'єктів.

Перевірка правильності збірки складних деталей.

Вимірювання об'єму посилок у логістиці для оптимізації простору.

Створення стереокарт оточення у автономних автомобілях.

3. Переваги та обмеження

Переваги: забезпечує повну просторову інформацію; впорається зі складними сценаріями та високоточними потребами.

Обмеження: складне обладнання, висока вартість, повільна швидкість обробки, потребує більше обчислювальних ресурсів.

IV. Порівняння 2D, 2.5D та 3D: зрозуміло з першого погляду

1. Порівняння технічних характеристик

2. Проблеми, які вирішуються

2D-бачення: Відмінно справляється з плоскими завданнями, наприклад, зчитування штрих-кодів, перевірка кольорів/тексту

2,5D-бачення: Вирішує прості задачі, пов’язані з висотою, наприклад, перевірка дефектів поверхні або висоти компонентів

3D-бачення: Підходить для складних 3D-завдань, наприклад, визначення положення неправильних об’єктів або аналіз просторових відношень

3. Приклади практичного застосування

(1) Виробництво автомобілів:

2D: Перевірка фарбування кузова автомобіля та маркування деталей

2,5D: Вимірювання площини поверхні кузова автомобіля

3D: Керування роботом під час зварювання або обробки деталей

(2) Електронна промисловість:

2D: Перевірка якості паяльних з'єднань на поверхні друкованої плати

2,5D: Визначення висоти компонентів

3D: Перевірка складної компоновки компонентів

(3) Логістика:

2D: Сканування міток на упаковках

2,5D: Вимірювання висоти упаковки

3D: Розрахунок об'єму упаковки, оптимізація зберігання

V. Технологічні тенденції: конвергенція та розвиток

Сучасні технології машинного бачення швидко розвиваються. 2D, 2,5D та 3D поступово зливаються:

Поширення 2,5D: камери глибини стають дешевшими, що робить їх практичним вибором для багатьох завдань.

AI-підсилення: Використання штучного інтелекту для аналізу зображень і 3D-даних задля отримання більш точних результатів.

Поєднання технологій: деякі системи гнучко перемикаються між трьома технологіями залежно від завдань для підвищення ефективності.

VI. Висновок: Вибір правильної технології має ключове значення

2D, 2.5D та 3D-технології бачення мають власні сильні сторони:

2D: Простий і швидкий, підходить для поверхневих завдань

2.5D: Додає висотну інформацію, підходить для середніх вимог

3D: Потужні функції, підходить для складних 3D-завдань