机器视觉技术与应用实战-三维视觉传感器.ppt

机器视觉技术与应用实战,机器视觉技术与应用实战,三维视觉传感器（,3D,相机）,三维视觉传感器,3D,相机,又称为三维视觉传感器3D,传感器具有广泛的用途，比如机器人视觉导航、汽车自动驾驶、生物医学影像分析、虚拟现实、监控、工业检测、天文观察、海洋自主导航、科学仪器等等，特别是,3D,影像技术在工业控制、汽车自主导航中具有广泛的应用3D,相机主要应用于产品在三维空间的,3D,定位和,3D,测量等，从结构上区分有单目、双目、激光线扫、,TOF,等，国内外视觉厂商都有产品推向市场，如视觉龙的,VD300,系列，,LMI,的,GOCATOR,系列等三维视觉传感器,的种类和应用场景,种类：单目传感器、双目传感器、激光线扫传感器、,TOF,视觉传感器应用场景,：应用于产品在三维空间的,3D,定位和,3D,测量三维,视觉,传感器的分类,1,、,单目传感器,指仅利用一台工业相机完成定位工作，通过畸变矫正算法等计算出待测物体方向和位置，引导机器人抓取此种方案性价比高，定位速度快，适合比较扁平化的工件或产品2,、,双目传感器,一般由双相机运用视差原理并利用成像设备从不同的位置获取被测物体的两幅图像，通过计算图像对应点间的位置偏差，来获取物体三维几何信息的方法。

本方案具有效率高、精度合适、系统结构简单等优点双目,3D,传感器原理：双目,3D,传感器使用两只相机，在理想情况下，两只相机分开较短的距离，并几乎平行安装,如图首先需要对双目相机进行标定，得到两个相机的,内,外参数、对应矩阵根据标定结果对原始图像校正，校正后的两张图像位于同一平面且互相平行对校正后的两张图像进行像素点匹配根据匹配结果计算每个像素的深度，从而获得深度图三维,视觉,传感器的分类,3,、,激光线扫传感器,主要由,激光发生器,和,相机,构成，通过激光发出线性激光信号投射到工件表面，利用结构光在相机上的成像可通过三角关系计算出表面物体的高度，从而得出物体的三维信息三维,视觉,传感器的分类,3,、,激光线扫传感器,工作原理,：传感器和被测物品作相对运动，传感器的像机从一个角度观察目标上的激光谱线，并捕获从目标上反射回来的激光像机每次曝光捕获一个三维轮廓，从某种意义上说是一个切片激光反射回摄像机的不同位置，具体取决于目标与传感器之间的距离传感器的激光发射器、摄像机和目标构成一个三角形使用激光发射器与摄像机之间的已知距离以及两个已知角度（其中一个角度取决于摄像机上激光的位置）来计算传感器与目标之间的距离。

该距离转换为目标的高度这种计算距离的方法称为,激光三角测量,三维,视觉,传感器的分类,4,、,激光线扫传感器,TOF,（,Time of Flight,）即所谓飞行时间法,3D,成像，是通过给目标连续发送光脉冲，然后用传感器接收从物体返回的光，通过探测光脉冲的飞行（往返）时间来得到目标物距离TOF,是,Time of flight,的简写，直译为飞行时间TOF,技术跟,3D,激光传感器原理基本类似，只不过,3D,激光传感器是逐行扫描，而,TOF,传感器则是同时得到整幅图像的深度信息TOF,传感器与普通机器视觉成像过程也有类似之处，都是由光源、光学部件、传感器、控制电路以及处理电路等几部单元组成与同属于非侵入式三维探测、适用领域非常类似的双目测量系统相比，,TOF,传感器具有根本不同,3D,成像机理双目立体测量通过左右立体像对匹配后，再经过三角测量法来进行立体探测，而,TOF,传感器是通过入、反射光探测来获取的目标距离获取三维,视觉,传感器的分类,TOF,的优势：,与立体相机或三角测量系统比，,TOF,传感器体积小巧，跟一般相机大小相去无几，非常适合于一些需要轻便、小体积相机的场合TOF,传感器能够实时快速的计算深度信息，达到几十到,100fps,。

而双目三维传感器需要用到复杂的相关性,算法,，处理速度较慢TOF,的深度计算不受物体表面灰度和特征影响，可以非常准确的进行三维探测而双目立体相机则需要目标具有良好的特征变化，否则会无法进行深度计算TOF,的深度计算精度不随距离改变而变化，基本能稳定在,cm,级，这对于一些大范围运动的应用场合非常有意义在工业应用中，,TOF,的精度不够高是其不足之处三维,视觉,传感器的分类,三维视觉传感器,产品介绍,1,、,GOCATOR 3D,传感器介绍,GOCATOR,是加拿大,LMI,公司的一款,3D,传感器，这款传感器的工作原理主要分为三维数据采集和数据生成与处理现在,3D,相机在自动化项目中已经应用广泛，下面我们就国外和国内品牌的,3D,相机各一款详细介绍,：,（,1,）,三维数据采集,在,Gocator,系统设置完毕并运行后，即可开始采集三维数据Gocator,激光轮廓检测传感器将激光谱线投射到目标上，如图,3.19,所示传感器里摄像机从一个角度观察目标上的激光谱线，并捕获从目标上反射回来的激光摄像机每次曝光捕获一个三维轮廓传感器的激光发射器、摄像机和目标构成一个三角形Gocator,使用激光发射器与摄像机之间的已知距离以及两个已知角度（其中一个角度取决于摄像机上激光的位置）来计算传感器与目标之间的距离。

该距离转换为目标的高度三维采集示意,三维视觉传感器,产品介绍,（,2,）,数据生成与处理,扫描目标后，,Gocator3D,传感器可对扫描数据进行处理，本部分介绍以下概念：,a,、,表面生成,Gocator3D,传感器每次曝光都会创建一个轮廓该传感器可采集在其下方移动的目标的一系列轮廓，并将这些轮廓组合在一起，生成整个目标的高度图或表面b,、,零部件检测,Gocator3D,传感器将单次曝光产生的轮廓整合成更多数据段以生成表面，之后，固件可将所生成表面上的分散的各个零部件分隔成单独的扫描图，以代表这些零部件随后，,Gocator,对这些隔离零部件进行测量三维视觉传感器,产品介绍,d,、,数据处理,Gocator3D,传感器扫描目标或者进一步处理数据后，传感器即可随时对扫描数据进行测量Gocator,提供多种测量工具，每种工具均可提供一套独立的测量，因此有多种测量工具可供各类应用选择所配置的测量首先会返回通过,/,未通过的判断结果以及实际测量值，然后，这些测量值通过使能输出通道发送到,PLC,等控制设备，控制设备转而利用这些值控制剔除或分选装置c,、,形成截面,在表面模式下，,Gocator3D,传感器还可使用用户在表面或零部件上定义的线，从该表面或零部件提取轮廓。

得到的轮廓称为,“,截面,”,截面在表面上的方向可以是任意的，但其轮廓与,Z,轴平行形成截面,三维视觉传感器,产品介绍,2,、,VD300,系列三维传感器,视觉龙公司出品的,VD300,三维传感器的高分辨率和高重复性是微小部件及电子元件的高精度检测的理想之选它与上述,Gocator,产品测量原理相同，但,3D,传感器获取的三维信息（或点云）经转换为伪彩图后，由图像处理单元进行数据处理，直接输出检测结果完美的自动三维检测方案，可实现,1m,的检测精度，工业级设计确保更长的使用寿命VD300,系列三维传感器,3D,产品效果图,三维视觉传感器,产品介绍,（,1,）,三维高度标定：将像素值转换为高度值，需要一组不同高度的标定块来标定，中间值采用插补法，最终形成一个标定转换公式，如图,3.23,所示三维高度标定（视觉龙友情提供）,（,2,）,三维伪彩图：利用相机所拍摄结构光得到一个高度，转换为颜色以区分不同高度，如图,3.24,所示转换伪彩图原理,三维视觉传感器,产品介绍,（,3,）,基面校正：选择检测物体的底面为基面来进行基面校正，如图所示4,）,蓝色激光：实现超高速,3D,测量的算法测量所用光源采用蓝色激光，通过极限聚焦,405mm,短波长激光，在受光原件上清晰成像。

提高了激光的受光密度，生成稳定的高精度轮廓，如图,3.26,所示红光蓝光比较,基面矫正,三维视觉传感器,产品介绍,小结,本章介绍了三维视觉传感器的分类和行业内部分产品介绍1.,描述,3D,相机的种类和应用场景？,习题与思考,。