多年来，3D 视觉领域的主要挑战是开发一种能够捕捉运动中真实世界的机器人“眼睛”。传统的 3D 传感技术一直在努力应对这一挑战，它们都无法扫描快速移动的物体，同时提供满足客户对高分辨率和高精度要求的 3D 图像数据。随着新型平行结构光技术的出现，这一现状得到了改变，它结束了质量和速度之间的矛盾。我们终于迎来了 3D 视觉的未来。

传感器业务部产品总监 Marcel Svec 讲解了平行结构光。

在我们之前关于“机器视觉革命”的博客文章中，我们讨论了运动中的 3D 扫描的概念。我们回答了为什么它会对标准技术构成挑战以及平行结构光如何克服这一挑战的问题。我们深入探讨了该技术的工作原理以及与其他方法相比它处于什么位置。

在这篇博客文章中，我们将采取更为实际的立场。众所周知，平行结构光技术是在 3D 相机MotionCam-3D中实现的。今天，我们将从设备的角度来介绍这项技术：我们将介绍 MotionCam-3D 的主要部件和机身特性、不同应用的不同型号、其扫描功能及其使用范围，以及其他技术无法提供的独特功能。为此，我们将比较最流行的 3D 传感技术的 3D 图像输出，并将它们与平行结构光进行比较，以客观了解它们的性能。

视觉引导机器人可帮助制造商、物流公司和其他行业改善订单履行流程，提高生产率和利润。自动化系统的功能很大程度上取决于其配备的机器视觉类型。

2D 机器视觉系统提供二维图像，但没有深度信息，因此仅适用于条形码读取、字符识别、尺寸检查或标签验证等简单应用，而 3D 机器视觉系统则可以实现复杂得多的机器人任务。由于它们提供具有精确 X、Y 和 Z 坐标的三维点云，因此它们使机器人系统能够导航和引导机器人接近物体、拾取物体并将其放置到另一个位置（例如传送带或机器）以进行进一步处理。先进的 3D 机器视觉系统还用于质量控制和检查、表面缺陷检测以及其他需要深度信息的任务。

3D 视觉系统的市场供应相当丰富。有许多技术统治着 3D 视觉市场，它们都属于两大类别之一：为ToF区域扫描和LiDAR设备提供支持的飞行时间方法，以及由激光三角测量或轮廓测量、摄影测量、立体视觉和结构光系统组成的基于三角测量的方法。这些 3D 传感方法基于不同的原理，各有优缺点，因此适用于不同类型的应用。虽然过去几年中一些技术取得了巨大进步，并将 3D 传感推向了更高的水平，但仍然存在一个限制，这些技术都无法克服。这就是它们无法捕捉移动物体的整个表面区域，也无法高质量地进行 3D 重建，且不会产生运动伪影。

这种质量和速度之间的权衡限制了可实现自动化的应用范围，并使客户不得不做出不满意的妥协。例如， ToF视觉系统速度非常快，但输出的 3D 数据的分辨率相当差。另一方面，结构光系统提供高分辨率和准确性，但代价是速度较慢，因为在采集过程中场景需要保持静态。直到最近引入一种新的 3D 传感方法后，区域扫描 3D 相机的局限性似乎才得到克服。

什么是 MotionCam-3D？

让我们首先对 MotionCam-3D 做一个最基本的解释：MotionCam-3D 是一款工业区域扫描 3D 相机，即机器人“眼睛” ，可用于各种应用，以实现工业、物流和其他类型流程的自动化。通过使机器人能够看到，该相机允许机器人在 3D 空间中操纵物体或在制造过程中评估其质量。

MotionCam-3D 基本信息

MotionCam-3D由三个主要部分组成：1.将光线发射到场景上的投影仪；2.捕捉场景的摄像装置；3.处理单元计算 3D 数据并通过以太网将其发送到 PC。

该设备还可以通过以太网或 24V 电源连接器供电。所有这些部件都组装在一个光滑、坚固、耐用的碳纤维机身中，重量不到 1.5 公斤。这对于手眼应用来说具有特殊优势。

MotionCam-3D 有三种不同尺寸，具有不同的扫描范围：

S 型= 最小型号，扫描范围可达 60 厘米。还有扩展版 S+，扫描范围可达 150 厘米。 M 型= 中型，扫描范围可达 100 厘米。扩展版 M+ 扫描范围可达 150 厘米，精度更高。 L 型号= 最大的型号，扫描范围可达 300 厘米。

具有扩展扫描范围的 + 型号特别适合手眼应用。

所有五种型号都提供高达 200 万个 3D 点的相同分辨率，其中点云的密度取决于扫描距离。例如，对于 1 米的扫描距离，密度等于每 1 平方毫米 4 个点。

您可以在哪里使用 MotionCam-3D？

MotionCam-3D 强大的扫描性能使您能够扫描由不同材质制成的各种物体，包括但不限于以下物体：

黑色橡胶；铝；小而薄且有光泽的金属部件；塑料物品；纸板；半透明或背光照明的物体。

MotionCam-3D 能够扫描各种材料，而且在苛刻的工业环境和具有挑战性的条件下具有高分辨率、准确性和高稳健性，是一款完美的 3D 视觉设备，可用于广泛应用的自动化，例如：

箱体挑选；码垛和卸垛；包装；排序；盒子尺寸；质量检验；还有很多。

那么，与其他 3D 传感技术相比，MotionCam-3D 有何独特之处？

平行结构光与结构光

如果您的目标是获取高质量的 3D 数据，结构光传感器可能是您的不错选择。它们可以提供高精度的可靠数据，并可以在各种条件下扫描各种材料和表面。

然而，它们有一个严重的限制，那就是它们只能在场景完全静态的情况下使用。原因如下：

结构化光系统将一系列光图案投射到场景中。如果物体移动，投射的图案就会被破坏。这会导致图案不可读，噪声大，出现飞行伪影或点云不完整。

如果需要扫描移动场景，还有其他更合适的技术。现在让我们来看看。

平行结构光与主动立体

用于扫描运动物体的最流行的 3D 传感技术是飞行时间 ( ToF ) 或有源立体系统。

它们的主要优势是扫描速度快。不幸的是，这是以牺牲质量为代价的。这些系统的分辨率通常为 VGA（视频图形阵列= 用于在显示器上显示图形的分辨率标准），其精度只能达到几毫米。另一个弱点是它们无法在扫描物体的边缘显示精细的细节，并且 3D 图像的噪声相当高。

总结上述论点，我们得到以下结论：

一方面，有主动立体声或飞行时间系统，它们可以提供高速但低质量。

另一方面，结构光系统可以提供高质量，但不能用于扫描移动或振动的物体。

但我们希望兼顾速度和质量，以便能够以高分辨率和高精度扫描快速移动的物体。这是无数应用中的必需品，那么我们如何才能获得令人满意的结果呢？

幸运的是，平行结构光技术结合了两全其美的优势——主动立体和飞行时间系统的速度以及结构光传感器的质量。

看看下面的场景，这是由 MotionCam-3D 捕捉到的。

场景在移动，但 3D图像仍然非常清晰。您可以看到：

包含 900 000 个 3D 点的高分辨率点云；亚毫米级精度；低噪声；扫描物体的详细轮廓；高稳健性；各种材料扫描的完整性；

MotionCam-3D 还具有静态模式，可将精度和分辨率提高一倍，达到 2 Mpx 。这使其成为适用于各种应用的真正多功能设备。

改变机器视觉的范式转变

平行结构光技术最终解决了您在项目中是应该优先考虑速度还是质量还是相反的困境。

它代表了机器视觉行业真正的范式转变，因为它可以使现有应用程序运行得更快、更可靠。同时，它为许多以前不可能实现的新应用打开了大门。

MotionCam-3D的主要优点包括：

它可以部署在动态系统中，无需同步；它可以部署在运动不是线性而是随机的应用中；它可以加速传统的 3D 应用，例如箱体拾取；可用于振动场景的扫描；它有利于手眼机器人，因为机器人不需要停下来进行扫描；与每次只能进行一次扫描的技术相比，它提供了连续的高质量 3D 数据流；由于其扫描速度快，它可以取代复杂的二维应用，无需照明和现场校准；这只是 MotionCam-3D 提供的可能性的一小部分。

让我们一起探索吧。是时候看看这个动态的世界了。

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