3D視覺應用落地加速 助力工業(yè)自動化升級

工業(yè)視覺發(fā)展現(xiàn)狀

據(jù)相關報告顯示，全球視覺傳感器市場將從2018年的25億美元增長到2023年的45億美元，復合年增長率為12.20%。自2018年后，3D視覺在工業(yè)等行業(yè)領域的應用越來越重要，涉及物件辨識、產品檢測、尺寸測量、機械手的視覺引導定位等，隨著硬件端技術的不斷進步,算法與軟件層面的不斷優(yōu)化，一系列基于3D視覺技術的雙目深度相機和傳感器逐漸成為工業(yè)場景應用的催化劑。

早期的視覺工業(yè)檢測處于長期技術壟斷局面

早期在工業(yè)高端檢測和測量應用中，常見的是兩種技術，一是三維激光線掃描、二是雙目動態(tài)結構光。

•三維激光掃描技術又被稱為實景復制技術，通過高速激光掃描測量的方法，大面積、高分辨率地快速獲取物體表面各個點的坐標(x.y.z)、反射率、顏色(R.G.B)等信息，由這些大量、密集的點信息可快速復建出1:1 的真彩色三維模型，它突破了傳統(tǒng)的單點測量方法，具有高效率、高精度的優(yōu)勢，其點云測量密度可達毫米級，可獲取高精度高分辨率的三維模型。

•雙目融合動態(tài)結構光技術的基本原理是，通過近紅外激光器，將具有一定結構特征的光線投射到被拍攝物體上，再由專門的紅外攝像頭進行采集。這種具備一定結構的光線，通過雙目相機采集不同的圖像相位信息，然后運用算法將這種結構的變化換算成深度信息，以此來獲得三維結構，一般單幀測量精度能到0.1mm甚至更高。

這兩種方案在原理上能夠實現(xiàn)最高精度的視覺測量，常見精度范圍為0.1~0.01mm甚至更高，但由于工作距離短、功耗大、對工況要求高等限制因素，目前只在工業(yè)檢測和自動分揀中有局部應用，售價超1萬美金，基本已形成一個極細分的專門市場且長期處于被國外機器視覺大廠壟斷的局面。

行業(yè)內3D視覺的發(fā)展部署已久

其實，雙目融合動態(tài)結構光技術便是由3D視覺技術中的三位測距原理衍生而來。3D視覺技術的原理,最早來源于人們雙眼的視差,即人眼的三維視覺特性，也就是我們現(xiàn)在所說的3D成像原理，3D 視覺成像按成像原理，可以大概歸納為三類：飛行時間原理、通過光線的時間差恢復深度，以及三角測量原理。其中運用最廣泛的是便是三角測量原理，并衍生出很多 3D 傳感器、雙目多目、線結構光、相移結構光、散斑結構光(靜態(tài)結構光)等。

縱觀當前市面上常見的3D視覺技術方案包含雙目視覺、飛行時間(ToF)和結構光三種，各行各業(yè)在此類技術方案上也進行了相當多的研究，至于為何一直未出現(xiàn)大規(guī)模應用，據(jù)國內知名機器視覺領域企業(yè)負責人表示，現(xiàn)行的產品落地標準很高，在硬件層面，鏡頭、紅外傳感器等技術工藝復雜，其次在算法層面，3D深度攝像頭對于算法的要求是非常復雜的，結合不同的應用場景需要各自相應的解決方案，面臨的圖像識別、高精度自動化標定、抓取/運動規(guī)劃等問題都需要強大的算法能力支持。但目前國內涉獵企業(yè)尚處于發(fā)展階段，鮮少有算法團隊可以達到這樣的行業(yè)需求。

因此近幾年奧比中光、圖漾科技、華捷艾米、深慧視、小覓智能等機器視覺領域的廠商和企業(yè)開始把重點放在倉儲物流和工業(yè)檢測等特定細分市場中，針對不同產品規(guī)格，基于主動雙目融合靜態(tài)散斑結構光的技術路線，以滿足工業(yè)場景下工作距離較近，識別精度要求較高、體積可控等要求，并以支持動態(tài)拍攝、功耗低且價格選擇面廣等優(yōu)勢成為一種新的3D視覺發(fā)展趨勢。

3D視覺技術逐漸成為工業(yè)視覺下新的發(fā)展趨勢

到目前為止，國內已有包括小羽互聯(lián)在內的不少工業(yè)廠家開始采用融合靜態(tài)結構光的雙目相機。此前小羽互聯(lián)有關旗下XYAI第三代棒材智能焊牌機器人首次采用雙目結構光技術的消息一經傳出，就引發(fā)了行業(yè)內的強烈關注，工業(yè)自動化的市場之熱由此可見一斑。

據(jù)小羽互聯(lián)技術部負責人介紹，由于在工業(yè)生產場景中，作為焊接對象的鋼筋分布往往參差不齊，為了能夠實現(xiàn)比較精準的焊牌操作，需要通過所搭載的雙目深度相機采集到的圖片以及點云數(shù)據(jù)，來計算得出兩個最佳焊牌點，以此引導機器人進行對點焊接。目前這款搭載了雙目深度相機的XYAI第三代棒材智能焊牌機器人已經在多個工廠投入使用，大大提高了工廠的焊牌效率。

從發(fā)展和應用角度來看，機器視覺在工業(yè)自動化系統(tǒng)的應用由來已久，比起雙目深度攝像頭在工業(yè)檢測場景的落地，在快遞物流行業(yè)，基于3D視覺傳感器的包裹體積測量技術也一直是行業(yè)備受關注的重點。隨著快遞量的大幅增加，傳統(tǒng)的快遞包裹體積測量多為效率低下的接觸式測量,已經難以滿足物流行業(yè)對測量精度、測量效率等的需求。隨著自動化分揀設備在行業(yè)內的大規(guī)模投入使用，各大快遞業(yè)龍頭企業(yè)也紛紛開始尋求適合動態(tài)高速測量,能夠彌補二維掃描體積缺陷的3D視覺傳感器測量方案。

當前，3D視覺技術已經成功應用于工業(yè)領域。奧比中光、圖漾科技、小覓智能、深慧視等涉及3D視覺技術的企業(yè)也正在工業(yè)等行業(yè)領域積極部署中，相信經過對產品的不斷迭代和技術進階，3D視覺將可以適用于更多的智能化工業(yè)操作場景，實現(xiàn)更高效更安全的生產需要。

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