高性能标准CMOS传感器应用于3D视觉、感测和度量.docx
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1、高性能标准CMOS传感器应用于3D视觉、感测和度量简述3D成像技术早在数十年前已经出现,但是民用化产品却只在2000年代才推出市场,那时主流电影企业发布利用高清摄影机拍摄的3D电影。从那时开场,这一应用范围里,不管在速度、精度和3D图像分辨率都有飞跃进展,并且获得从消费性市场到机器视觉工业的广泛应用。随着工业4.0变革来临,面对诸如复杂的物件辨识和尺寸量度任务,以致人机互动所需要的复杂互动,2D视觉在精度和距离测量方面均出现技术限制,市场对3D视觉的需求因此与日俱增。3D视觉能提高机器人/机器系统在工业自动化应用的自主性和效率,提供2D视觉不能比较的高精度质量检测,反向工程和物件度量等关键能力
2、。另一方面,视觉系统导向机器人的应用正在增长中,这一技术需要3D视觉来实现更好的遥距导向、障碍物辨识和准确移动。3D视觉也能保护需要大量人机互动的工厂工人,在系统级预防和排除危险状况,并通过监控系统,点算工场工人数目并把工人和机器人或物件分辨出来。3D视觉的能力能够实现更安全、性能更好和更高效的终端用户辅助系统,正在对社会带来影响力。举个例子,3D视觉已成为无人驾驶车辆的先进自动驾驶者辅助系统和人机合作机器人等应用的关键技术。2D视觉在条形码扫描或光学字体辨识等应用的功用是无可置疑的。它在工厂或仓库应用有不可或缺的角色,而随着区块炼技术的引进和电商市场发展,它在物流中心和运输应用有显着的增长。
3、Teledynee2v拥有专为条形码扫描而设计的2D成像产品,例如是集合高性能和能够实现高可靠性高速扫描的Snappy传感器系列。3D图像的生成有好几种技术和科技。主流技术计有:立体视觉:使用两部相机从不同角度对准主体,并使用校准技术把相机和详细深度信息之间的像素信息对齐。这类似于人类脑部目测距离的工作。构造化光线:把一个已知的光线图案投射到主体上,然后根据图案在主体上的扭曲状况,计算深度信息。激光三角测量:激光三角测量通过将一部相机和一个激光光源配对,实现三维测量。系统根据激光光源和相机之间已知的角度偏距,以三角几何理论量度出激光线的几何抵销(数值与主体的高度成比例)。这是一项基于扫描主体的
4、技术。飞行时间:一个光源与一个图像传感器同步,根据发出脉冲光线和光线反射回馈到传感器的时间计算出距离。每一种技术都有它的优缺点,所以技术的适用程度取决于应用类型(其中距离范围和深度精度要求是重点)。表一列出了相对不同条件的技术比拟。表13D成像技术“顶层比拟固然3D系统仍然占工业自动化和仓库应用视觉系统的一小部分,如今越来越多基于3D立体视觉、构造光线或激光技术的3D系统正在引进中。这些系统有固定的工作距离,需要大量校准工作以实现特定的侦测范围。而飞行距离系统则能解决这些挑战,并从应用角度提供更高灵敏性,不过图像分辨率仍然是大部分这类技术面对的制肘。Teledynee2v在机器视觉拥有长远的成
5、功历史,例如是线阵相机和影像传感器,而最近则积极打造用于3D成像的专用平台。这一平台将支持最新的工业应用,包括视觉导引机器人、物流应用自动化无人车辆、工厂监控和安全、手持式扫描仪以及户外应用。Teledynee2v致力长期提供基于多种3D技术的产品,以知足客户应用的需求。3D视觉实现高速准确检测提高产能,表现超越2D工厂已进入自动化工作,以提高产能和在产品查验和库存的方方面面节省时间和金钱。要优化这些因素,拥有视觉系统的机器需要更高速和以更佳性能工作。因应这些发展,2D视觉遇上了限制,使得3D视觉被广泛引进,以施行更高精度的质量检验,反向工程或物件量度任务。三角测量技术正在这些应用中获大量使用
6、,鉴于三轴图像要求高分辨率,需要非常高速的的传感器。图1激光三角测量应用范例自十多年前起,Teledynee2v已经和3D三角测量的市场领导者一同工作,以开发订制化传感器。去年Teledynee2v发布了能配合高速尺寸测量和查检技术挑战的标准传感器,以知足高速生产线的要求。这一快闪CMOS传感器系列很好地组合了一个4,096x1,024像素分辨率和一个2,048x1,024像素传感器,二者的帧率分别为1800fps和1500fps(8位),兼容标准光学格式(APS兼容和C-Mount),读出速度分别为61.4Gbps和25.6Gbps。新型的传感器设计用于为相机生商实现轻松和高性价比的集成解决
7、方案,包括提供一系列片上功能,已到达宽广应用范围以及高灵敏性:高达100dB的高动态范围(HDR)形式,实现对同一影象里的高反光外表和阴暗范围进行测量和查验多重取景窗口(RegionofInterest,ROI)形式兼顾高测量速度和范围/分辨率个别参数提供帧间“热配置形式有助于实现灵敏性和对环境条件的实时适配多种曝光触发形式能够完全配合生产线速度这些传感器能够为工业市场提供下面优势:以2K或4K分辨率实现市场最高速率,提高产能高性价比系统:Flash产品系列提供高性价比(市场最佳Gbps/售价比率)允许对实时环境条件和生产线速度作出适应,实现高灵敏性应用3D视觉提高工厂自主性和效率,性能超越2
8、D为了改良工厂自动化的自主性和效率,无人操作机器人的应用正在不断增加。随着工厂和仓库自动化程度越来越高,车间出现了人机密集工作,因此防止事故和提高安全度成为至关重要的任务。在这些日益多变的工作环境里,飞行时间(Time-of-Flight,ToF)系统成为理想的解决方案,由于它们拥有实时3D信息和决策能力,以及能够在快速移动的场景中侦测出物件或人员。飞行时间技术可分为两大类:直接飞行时间和间接飞行时间。直接飞行时间是指系统通过直接计算光线从物件反射的时间量度出距离。而间接飞行时间则是系统通过计算光波发射到物件以及从对像反射的相位差异而得出距离,进而建立3D图。图2直接飞行时间和间接飞行时间的优
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