星河科技：“ 3D 视觉” 之概念及应用介绍--机器视觉网

如果你持续关注视觉检测行业，或者是视觉检测行业的从业者，就能深刻感受到3D视觉应用是近两年检测市场的热门话题，本文我们主要谈谈3D视觉在检测行业的应用。

什么是3D工业相机？

3D 相机又称之为：深度相机，顾名思义就是通过该相机能拍摄出空间景深距离，这也是与普通摄像头（2D）的最大区别。通过3D相机获取到的数据，我们能准确知道图像中每个点离摄像头的距离，这样加上该点在 2d图像中的(x,y)坐标，就能获取图像中每个点的三维空间坐标。

星河科技自主开发的GOI通用视觉检测软件，结合3D相机拍摄的点云数据，在软件中拟合出三维坐标还原物体的真实场景，结合GOI通用视觉检测软件自带的多种算法通过场景建模后实现多种高度、深度测量，以及实现复杂的表面工艺缺陷检测等应用。

3D工业相机根据成像类型介绍

目前常见的工业3D相机按照成像方式划分有3种，分别是：

(1)结构光(Structured-light)； (2)双目视觉(Stereo)； (3)光飞行时间法(TOF)；

1.光飞行时间法（TOF）成像

顾名思义是：测量光飞行时间来取得距离，是通过给目标连续发射激光脉冲，然后用传感器接收从反射光线，通过探测光脉冲的飞行往返时间来得到确切的目标物距离。

下图描述了TOF相机（连续波）的基本原理

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2.双目视觉(Stereo)成像

双目视觉是3D相机起源模式，发明灵感来源于人眼识别物体，眼睛就是一个天然的3D相机，当人眼在看物体时，由于两只眼睛在空间有一定间距约为5cm，即存在两个视角，这样形成左右两眼所看的图像不同，称为视差。这种细微的视差通过视网膜传递到大脑里，就能显示出物体的前后远近产生立体感，人类通过这种奇特现象，发明了用两个一定距离的摄像头，模拟人眼来获取 3D 数据，这就是双目立体相机发明的起源。

在工业检测应用方面，双目视觉3D相机基于视差原理，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由软件解析后完成立体建模。

下面图片描述了双目相机获取物体的深度数据。

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同一直线上的 3个点在下端的相机都投影到 cmos 同一个点，因此单独的这个相机没法分辨三个点的距离，但是这 3个点在上端相机的投影位置不同，通过三角测量办法和两个相机基线距离 B，就可以计算出这3个点离相机平面距离。

3.结构光(Structured-light)成像

结构光，英文名： Structured light，采用不可见红外激光作为光源，发射出来的光投影在物体上，通过算法来计算返回图案的畸变特征，来得到物体的位置和深度信息。

结构光成像是目前工业检测领域实际应用最多的3D相机成像方式，北京星河泰视特科技公司在多年前就开始启动结构光成像的硬件研发，以及软件算法的研发，目前软硬件已经在3C行业、5G通讯、精密五金等多个行业得到了实际应用。

结构光成像目前有三种形式分别是：点激光、线激光、面激光。区别图示如下：

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但是从目前工业检测领域，结构光成像仍是主要模式，具体是以线激光光源和面阵光源为主要成像方式。

什么是3D视觉检测软件平台？

介绍3D视觉的应用要先从2D平面视觉检测技术开始，视觉检测在中国工业生产中早期的应用是从国外进口的成套视觉设备，国内工业视觉检测的开发起始于2000年后，从工业制造的SMT行业开始，SMT贴片检测专用AOI是国内早期开发工业视觉检测设备。

北京星河科技早2012年就开始做GOI通用视觉检测软件，该软件平台从底层架构、算法、上层应用界面,全部是结合国内工业检测实际应用需求而研发，经过多年的不断迭代，目前已经具备集工业视觉检测+电子功能测试于一体的综合工业软件平台。

3D视觉检测应用是在成熟的GOI通用视觉检测软件平台基础上研发升级的。具备成熟完善的2D瑕疵检测、尺寸测量、特征查找、条码识别、OCR识别，以及3D的高度测量、平面度测量，同时支持多种通讯协议，RS232\485、CAN通讯、LAN通讯等多种通讯协议，与外部仪器仪表互联，实现复杂的功能测试，在手机制造、5G通讯、汽车制造、仪器仪表生产、家用电器等多个行业得到较为广泛的应用。

3D云图是什么？

3D工业相机对物体拍摄成像后会输出一组图像特征信息，这组信息就叫：3D云图，3D云图不是传统意义的图片，是一组包含了X、Y、Z坐标信息以及角度等特征信息的数据，这些数据在GOI通用视觉检测软件下通过三维重构，拟合出物体的真实场景，结合软件算法实现多种特征的3D检测。

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