công nghệ 2D, 2.5D và 3D trong Công nghệ Thị giác Máy

Công nghệ thị giác máy là một trụ cột quan trọng của tự động hóa công nghiệp và sản xuất thông minh hiện đại, được ứng dụng rộng rãi trong kiểm tra, định vị, kiểm soát chất lượng và các lĩnh vực khác. Trong đó, công nghệ thị giác 2D, 2.5D và 3D là ba công nghệ cốt lõi, mỗi loại có những đặc điểm và tình huống ứng dụng khác nhau.

I. Công nghệ Thị giác 2D: Nhìn từ mặt phẳng, đơn giản và hiệu quả

1. Đặc điểm kỹ thuật

công nghệ thị giác 2D xử lý hình ảnh phẳng, tương tự như việc chụp một bức ảnh bằng máy ảnh và hoàn thành nhiệm vụ bằng cách phân tích bức ảnh đó. Các bước chính bao gồm:

Thu thập hình ảnh: Sử dụng máy ảnh công nghiệp để chụp hình ảnh xám hoặc màu, kết hợp với hệ thống chiếu sáng để bức ảnh rõ ràng hơn.

Tiền xử lý: Làm nổi bật thông tin chính trong hình ảnh bằng cách lọc hoặc tăng độ tương phản.

Trích xuất đặc điểm: Nhận diện các đặc điểm như đường thẳng, đường viền hoặc điểm góc trong ảnh.

Nhận dạng mẫu: Sử dụng thuật toán để xác định các đặc điểm này là gì, ví dụ như văn bản hoặc mẫu hình.

Đo lường và định vị: Tính toán kích thước và vị trí của đối tượng.

Phát hiện lỗi: So sánh với hình ảnh tiêu chuẩn để tìm ra vị trí có vấn đề.

2. Các tình huống áp dụng

công nghệ thị giác 2D phù hợp với các công việc chỉ cần nhìn bề mặt và không yêu cầu độ dày của đối tượng, ví dụ như:

Kiểm tra nhãn sản phẩm trong nhà máy đã được in chính xác chưa.

Quét mã vạch trên các gói hàng logistics.

Phát hiện các vết xước hoặc vết bẩn trên bề mặt bo mạch.

3. Lợi thế và hạn chế

Ưu điểm: Thiết bị đơn giản, chi phí thấp, tốc độ xử lý nhanh, phù hợp để hoàn thành nhanh các công việc có khối lượng lớn.

Hạn chế: Không thể biết chiều cao hoặc độ sâu của vật thể, không hiệu quả đối với các hình dạng phức tạp hoặc vật thể bị che khuất.

II. Công nghệ Thị giác 2.5D: Thêm chiều cao, nửa bước lập thể

1. Đặc điểm kỹ thuật

công nghệ thị giác 2.5D bổ sung thêm một lớp thông tin nữa cho hình ảnh 2D: chiều cao của vật thể. Nó không phải là một mô hình 3D hoàn chỉnh mà sử dụng tia laser hoặc camera đo độ sâu để đánh dấu chiều cao tại từng điểm trên hình ảnh phẳng. Các phương pháp phổ biến bao gồm:

Đo đường viền: Quét bề mặt vật thể bằng tia laser để đo sự thay đổi chiều cao.

Bản đồ độ sâu: Sử dụng camera đặc biệt để tạo ra hình ảnh đi kèm thông tin chiều cao.

Nói một cách đơn giản, 2.5D giống như việc thêm một "thẻ chiều cao" vào ảnh phẳng nhưng chỉ có thể xem từ một góc duy nhất.

2. Các tình huống áp dụng

2.5D phù hợp với các tình huống cần biết chiều cao của vật thể nhưng không yêu cầu hình dạng 3D đầy đủ, ví dụ như:

Kiểm tra xem chiều cao của các linh kiện trên bo mạch có bình thường không.

Đo đạc bề mặt vật thể có phẳng không hoặc có các điểm gồ ghề không.

Hỗ trợ robot xác định chiều cao chướng ngại vật trong quá trình di chuyển.

3. Ưu điểm và Hạn chế

Ưu điểm: Có nhiều thông tin về chiều cao hơn 2D nhưng rẻ hơn và đơn giản hơn 3D; hiệu quả chi phí tốt.

Hạn chế: Chỉ có thể xem từ một góc duy nhất; không xử lý được cấu trúc 3D phức tạp hoặc che khuất nhiều bề mặt.

III. Công nghệ Thị giác 3D: Toàn diện, Giàu thông tin

1. Đặc điểm kỹ thuật

công nghệ thị giác 3D có thể trình bày đầy đủ hình dạng 3D và vị trí không gian của một vật thể, giống như vẽ một bức tranh toàn cảnh của vật thể đó. Các phương pháp thực hiện bao gồm:

Thị giác lập thể: Sử dụng nhiều camera chụp ảnh từ các góc độ khác nhau và tính toán độ sâu.

Quét bằng tia laze: Quét bề mặt vật thể bằng tia laze để ghi lại hình dạng.

Ánh sáng cấu trúc: Chiếu các mẫu ánh sáng lên vật thể và tái tạo hình dạng 3D dựa trên sự biến dạng.

Thời gian bay (ToF): Đo thời gian phát và phản hồi của ánh sáng để tính khoảng cách.

tái tạo 3D: Sử dụng nhiều bức ảnh hoặc dữ liệu điểm ảnh để dựng mô hình 3D.

2.Các tình huống áp dụng

công nghệ 3D phù hợp với các nhiệm vụ yêu cầu thông tin 3D chính xác, ví dụ như:

Hướng dẫn robot gắp các vật thể không đều.

Kiểm tra xem các bộ phận phức tạp đã được lắp ráp đúng cách chưa.

Đo thể tích gói hàng trong logistics nhằm tối ưu hóa không gian.

Xây dựng bản đồ stereo của môi trường xung quanh trong lái xe tự động.

3.Ưu điểm và Hạn chế

Ưu điểm: Cung cấp đầy đủ thông tin không gian; xử lý tốt các tình huống phức tạp và nhu cầu độ chính xác cao.

Hạn chế: Thiết bị phức tạp, chi phí cao, tốc độ xử lý chậm, đòi hỏi nhiều tài nguyên tính toán.

IV. So sánh 2D, 2.5D và 3D: Một cái nhìn tổng quát

1. So sánh tính năng kỹ thuật

2. Các vấn đề được giải quyết

thị giác 2D: Vượt trội trong các nhiệm vụ trên mặt phẳng, ví dụ như đọc mã vạch, kiểm tra màu sắc/văn bản.

thị giác 2.5D: Giải quyết các vấn đề đơn giản liên quan đến chiều cao, ví dụ như kiểm tra khuyết tật bề mặt hoặc đo chiều cao linh kiện.

thị giác 3D: Phù hợp cho các nhiệm vụ phức tạp trong không gian 3D, ví dụ như xác định vị trí các vật thể bất quy tắc hoặc phân tích mối quan hệ không gian.

3. Ví dụ Ứng dụng Thực tế

(1) Sản xuất ô tô:

2D: Kiểm tra lớp sơn và các ký hiệu trên thân xe

2.5D: Đo độ phẳng bề mặt thân xe

3D: Hướng dẫn robot hàn hoặc xử lý linh kiện

(2) Ngành công nghiệp điện tử:

2D: Kiểm tra bề mặt hàn của bo mạch

2.5D: Phát hiện chiều cao các linh kiện

3D: Xác minh việc lắp ráp các linh kiện phức tạp

(3) Vận chuyển:

2D: Quét nhãn mác bao bì

2.5D: Đo chiều cao bao bì

3D: Tính toán thể tích bao bì, tối ưu hóa lưu trữ

V. Xu hướng công nghệ: Hội tụ và Phát triển

Công nghệ thị giác máy hiện đang phát triển nhanh chóng. 2D, 2.5D và 3D đang ngày càng tiệm cận:

Phổ biến 2.5D: Camera độ sâu ngày càng rẻ hơn, là lựa chọn thực tế cho nhiều nhiệm vụ.

Trao quyền bằng AI: Sử dụng AI để phân tích hình ảnh và dữ liệu 3D nhằm đạt được kết quả chính xác hơn.

Kết hợp công nghệ: Một số hệ thống có thể chuyển đổi linh hoạt giữa ba công nghệ dựa trên từng nhiệm vụ để nâng cao hiệu suất.

VI. Kết luận: Lựa chọn công nghệ phù hợp là yếu tố then chốt

công nghệ thị giác 2D, 2.5D và 3D đều có những ưu điểm riêng:

2D: Đơn giản và nhanh chóng, phù hợp với các nhiệm vụ trên bề mặt

2.5D: Bổ sung thông tin về chiều cao, phù hợp với nhu cầu trung bình

3D: Tính năng mạnh mẽ, phù hợp với các nhiệm vụ 3D phức tạp