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利用3D區(qū)域掃描技術(shù)

由于COVID-19疫情的爆發(fā)，人們以前所未有的需求轉(zhuǎn)向電子商務(wù)平臺(tái)，對涉及物流、倉儲(chǔ)和包裝的公司提出了巨大的挑戰(zhàn)，這些公司被迫不斷地?cái)U(kuò)大運(yùn)營規(guī)模和業(yè)務(wù)。很多物流和倉儲(chǔ)應(yīng)用程序——包括貨物的交付、倉儲(chǔ)和包裝，在很大程度上依賴于各種類型的3D 成像技術(shù)。

“貨箱揀選應(yīng)用程序需要實(shí)施區(qū)域掃描和3D點(diǎn)云。盡管貨箱揀選可以說是最廣為人知的事實(shí)，但它卻是最難實(shí)施的 3D 類型之一。” Integro Technologies公司首席視覺系統(tǒng)架構(gòu)師 David Dechow 說，“目前，大多數(shù)貨箱揀選還不能滿足所有客戶的需求，因?yàn)樗�需要極高的速度、隨機(jī)揀選，并且需要機(jī)器人像人一樣移動(dòng)。”

使用飛行時(shí)間計(jì)算和測量

雖然立體視覺和結(jié)構(gòu)光等區(qū)域掃描 3D 技術(shù)可能有助于貨箱揀選應(yīng)用，但飛行時(shí)間 (ToF) 技術(shù)更有助于完成諸如測量和計(jì)算箱子尺寸之類的任務(wù)。

LUCID Vision Labs的新型 Helios2 ToF 相機(jī)針對物流、物料搬運(yùn)和機(jī)器人應(yīng)用，與舊版本的Helios相比，新型相機(jī)的透光率提高2.5倍，3D精度提高了50% 以上。客戶的需求是該公司不斷突破技術(shù)極限的動(dòng)力。 LUCID公司創(chuàng)始人兼總裁 Rod Barman 表示：“考慮到這一點(diǎn)，我們將最新技術(shù)融入設(shè)計(jì)的產(chǎn)品以適應(yīng)當(dāng)前和未來潛在的應(yīng)用挑戰(zhàn)，例如尺寸測量、機(jī)器人和 AGV�！�

對于康耐視而言，物流領(lǐng)域中3D應(yīng)用的最大需求是盒子尺寸標(biāo)注，尤其是當(dāng)零件在運(yùn)動(dòng)中移動(dòng)時(shí)。過去，在此類應(yīng)用中，通常采用多個(gè)激光器和一個(gè)外部攝像頭有助于捕獲圖像。但是，現(xiàn)在通過類似于3D-A1000的系統(tǒng)，將2D和3D結(jié)合在一起的智能相機(jī)可以從web界面快速標(biāo)注尺寸。

康耐視3D 產(chǎn)品高級(jí)總監(jiān)兼業(yè)務(wù)部門經(jīng)理 John Keating 解釋說，“使用A1000系統(tǒng)可以簡化設(shè)置。這是一個(gè)基于網(wǎng)絡(luò)的界面，但它仍然是一個(gè)In-Sight 攝像頭，它提供了一個(gè)簡單的設(shè)置演練。”3D的應(yīng)用部署越容易，人們對 3D的擔(dān)憂就越少。

Keating 表示，隨著客戶在3D-A1000上取得成功，物流領(lǐng)域開辟了新的 3D 應(yīng)用程序，例如在經(jīng)典的空托盤場景中定位物體，這在很長一段時(shí)間內(nèi)一直是一個(gè)困難的應(yīng)用。

對于Matrox Imaging公司3D傳感器產(chǎn)品經(jīng)理 Mathieu Larouche 而言，傳統(tǒng)應(yīng)用，例如用于揀箱和碼垛的視覺引導(dǎo)機(jī)器人以及箱子尺寸測量，也是 3D 成像背后的重要驅(qū)動(dòng)力。為了讓客戶更輕松，Matrox公司還積極參與對GenICam的GenDC模塊的支持，旨在標(biāo)準(zhǔn)化 3D 相機(jī)/傳感器和應(yīng)用軟件之間的組件數(shù)據(jù)交換。

就市場的潛在影響而言，Larouche認(rèn)為，3D成像的一個(gè)潛在的有趣領(lǐng)域是將深度學(xué)習(xí)應(yīng)用于3D成像，以推廣后者的使用。

周期時(shí)間的注意事項(xiàng)

包裝應(yīng)用也越來越多地依賴于3D視覺，CapSen Robotics公司首席執(zhí)行官 Jared Glover 表示，但最終用戶和OEM廠商必須預(yù)先考慮周期時(shí)間需求，以避免出現(xiàn)任何問題。

在許多3D視覺引導(dǎo)的機(jī)器人應(yīng)用中，機(jī)器人在每次取貨或放貨時(shí)的移動(dòng)方式是不同的，比如說，與重復(fù)相同動(dòng)作的機(jī)器人相比，3D視覺引導(dǎo)機(jī)器人的周期時(shí)間不會(huì)太穩(wěn)定，這就是為什么在生產(chǎn)線設(shè)計(jì)中考慮這個(gè)因素很重要。應(yīng)該在揀選機(jī)器人前后建立額外的緩沖區(qū)，或者如果需要在沒有偏差的情況下達(dá)到一定的周期時(shí)間，應(yīng)該增加額外的機(jī)器人作為冗余。

該公司設(shè)計(jì)其 CapSen PiC 貨箱揀選產(chǎn)品時(shí)就考慮了這些周期時(shí)間。該系統(tǒng)使用高度加速的專有 GPU 數(shù)學(xué)庫以及并行圖像處理和運(yùn)動(dòng)控制，在傳統(tǒng) 6 軸機(jī)器人上實(shí)現(xiàn)低至兩秒的循環(huán)時(shí)間。

“考慮這樣一個(gè)場景，箱子里裝滿了瓶子，不得不處理傾斜之類的問題，” Keating說，“當(dāng)瓶子四處移動(dòng)時(shí)，2D 視覺會(huì)出現(xiàn)問題，但 3D 視覺提供了理解深度的能力�！� 與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，康耐視全新的 In-Sight 3D-L4000 嵌入式視覺系統(tǒng)能使用戶將視覺工具直接用于元件的3D圖像，可提供更高的準(zhǔn)確性，從而擴(kuò)展了可以執(zhí)行的檢測類型。

康耐視在幫助客戶如何快速解決包裝問題的方面看到了巨大的潛力。例如，在客戶需要看到較低層級(jí)混合的特定區(qū)域下方的情況下，3D 成像解決了這個(gè)問題。

軟件為工廠內(nèi)外打開新的大門

在可能被認(rèn)為是傳統(tǒng)機(jī)器視覺之外的一些應(yīng)用也受益于3D視覺。以鐵路檢測為例。高速、持續(xù)振動(dòng)和惡劣的環(huán)境條件可能使3D鐵路檢測應(yīng)用變得困難。但是，如果安裝正確，檢查軌道輪廓和輪輞的磨損和損壞將有助于防止事故，并確保安全和可靠的運(yùn)行。這是Photonfocus公司基于三角測量的相機(jī)的一個(gè)流行應(yīng)用，它使用外部激光器和單獨(dú)的相機(jī)，而不是一個(gè)集成單元。

Photonfocus為此類應(yīng)用提供了一些特定優(yōu)勢，包括名為 LinLog的相機(jī)內(nèi)固件功能，該功能允許相機(jī)實(shí)時(shí)執(zhí)行高動(dòng)態(tài)范圍成像。使用 LinLog用戶可以同時(shí)擁有明亮和黑暗的條件，該技術(shù)提供可用于檢查目的的平均圖像。

檢測多個(gè)激光線輪廓是一項(xiàng)復(fù)雜的檢測任務(wù)。Photonfocus 通過其 Multipeak Linefinder 算法提供此功能。例如，當(dāng)激光束經(jīng)過鏡面反射時(shí)，它會(huì)四處反彈，形成一條主線和許多次要線。Photonfocus 算法可幫助 OEM 找到合適的激光線以進(jìn)行檢查。

“我們在 3D 算法方面擁有豐富的經(jīng)驗(yàn)，總是根據(jù)客戶的需求改進(jìn)它們，” Photonfocus公司固件/設(shè)計(jì)主管 Reto Lienhardt 說，“例如，在掃描金屬或玻璃時(shí)，反射的固有問題可以在算法中解決。這是我們?yōu)榭蛻舨⑿袡z測多條線路的主要原因之一，也是為什么我們的 3D 解決方案與其他幾個(gè)市場一起部署到鐵路檢測中的原因�！�

對于想要開發(fā)自己的專用 3D 成像系統(tǒng)的機(jī)器制造商和系統(tǒng)集成商，Euresys公司的 Open eVision 軟件中包含的 Easy3D 庫等軟件工具可以幫助其開發(fā) 3D 機(jī)器視覺檢測應(yīng)用程序。例如，如果客戶希望使用投影到移動(dòng)表面上的一條或兩條激光線來實(shí)施 3D 成像系統(tǒng)，則需要提取激光線，然后將其轉(zhuǎn)換為高度圖或 3D 點(diǎn)云，這是 3D 處理和分析所需的，該公司美洲銷售和支持副總裁 Mike Cyros 解釋說。

“除了 Easy3D 軟件庫之外，Euresys 還通過我們的 Coaxlink Quad 3D-LLE 圖像采集卡為此類應(yīng)用提供現(xiàn)成的硬件，它可以自動(dòng)、即時(shí)地從 CoaXPress 相機(jī)中提取激光線，”他說�！拔覀儾皇翘峁┩暾�的固定功能 3D 解決方案，而是為客戶提供必要的構(gòu)建塊，讓他們能夠更輕松地構(gòu)建自己的 3D 視覺系統(tǒng)。”Easy3D 軟件和 Coaxlink Quad 3D-LLE 為系統(tǒng)開發(fā)人員提供了易于使用的廣泛功能。

不斷向前發(fā)展的3D 成像技術(shù)

3D成像技術(shù)繼續(xù)發(fā)展，并可能達(dá)到拐點(diǎn)。John Keating建議，人們會(huì)開始將3D視為一個(gè)通用術(shù)語，指的是以不同方式創(chuàng)建3D圖像的不同設(shè)備的集合，就像有以不同方式創(chuàng)建2D圖像的2D相機(jī)一樣。

“3D不能被視為一種單一類型的技術(shù)，因?yàn)槲覀冇谢�于激光的方法、飛行時(shí)間、立體視覺等類型�！彼�說，“我認(rèn)為人們開始動(dòng)搖他們對 3D 的先入為主的觀念，并將開始以與 2D 更相似的方式思考它�！�