Более пристальный взгляд на 3D-изображения

Jun 10, 2024

Диаграмма 1: Эта карта 3D-технологий иллюстрирует различные типы 3D-изображений в зависимости от того, являются ли они активными или пассивными, а также используют ли они триангуляцию, времяпролетную или интерферометрию. Источник: БОЛЬНОЙ

Диаграмма 2. На этой диаграмме показано сравнение нескольких 3D-технологий с точки зрения разрешения и точности по оси Z в зависимости от расстояния и поля зрения (FOV). Источник: БОЛЬНОЙ

Часто существует множество возможных способов решения конкретной зрительной задачи. В некоторых случаях выбор 2D- или 3D-видения очевиден, но в других случаях могут работать обе технологии, хотя каждая из них дает определенные преимущества. Важно понимать эти преимущества и то, как они применимы к конкретному приложению, чтобы обеспечить надежное решение в области машинного зрения. В целом 3D лучше всего подходит не только для анализа объема, формы или трехмерного положения объектов, но и для обнаружения малоконтрастных, но обнаруживаемых перепадов высот деталей и дефектов. Третье измерение в основном используется для измерения, проверки и позиционирования, но есть также случаи, когда 3D используется для чтения впечатанного кода или текста, когда информация о контрастности отсутствует.

Захватить третье измерение можно разными способами, и каждая из доступных технологий машинного зрения имеет свои плюсы и минусы. Трехмерное изображение можно разделить на две основные категории: пассивное и активное. Отсюда его можно разбить на гораздо более конкретные методы. Пассивные методы включают глубину от фокуса, световое поле и стерео. Основные активные методы основаны на времяпролетном методе, структурированном свете и интерферометрии. Трехмерное изображение можно дополнительно разделить на способы фактического получения изображения, включая методы моментального снимка и сканирования.

ТЕХНОЛОГИЯ СНЕПШОТ

Существуют как активные, так и пассивные системы, использующие метод «снимка». Это метод, с которым знакомо большинство людей, поскольку он используется в камерах, которые они используют уже много лет. Метод моментального снимка фиксирует все пиксели изображения, одновременно создавая моментальный снимок. В случае пассивного стерео имеется несколько изображений, снятых с разных точек зрения, и разница между изображениями используется для расчета расстояния до объекта (вспомним человеческое зрение). Это же решение можно реализовать и с помощью одной камеры, если камеру можно переместить в несколько мест.

Метод активных снимков будет включать время пролета, которое измеряет, сколько времени требуется свету, чтобы добраться до цели и вернуться к матрице датчиков. Таким образом, каждый пиксель напрямую получает трехмерное измерение, и требуется только один датчик. Существуют варианты метода моментального снимка, такие как активная опция кодированной световой проекции. В этом случае при изменении картины освещения снимается несколько высокоскоростных изображений одного и того же объекта. Затем создается составное изображение, показывающее глубину на основе различий в схемах освещения. Обычно узоры представляют собой серию все более узких линий; для достижения большего разрешения используются все более тонкие и тонкие линии.

ТЕХНОЛОГИЯ СКАНИРОВАНИЯ

Кроме того, существуют методы сканирования, такие как лазерная триангуляция, при которой лазерный луч проецируется на объект, а камера захватывает (обычно с высокой скоростью) изображения проекции света, когда объект движется через область сканирования. Другой тип техники сканирования — глубина от фокуса. Трехмерные данные создаются путем захвата последовательности изображений в заданном диапазоне. Стопка изображений сканируется, чтобы увидеть, где локальный фокус максимизируется, и на основе этого определяется диапазон. Этот метод, хотя и выгоден тем, что не требует структурированного света, может быть медленным, и объект должен иметь некоторую структуру для оценки фокуса.

В технологии сканирования 3D-изображения получаются профиль за профилем либо путем перемещения объекта через область измерения, либо путем перемещения камеры над объектом. Чтобы получить правильные 3D-данные и, следовательно, достоверное 3D-изображение, движение должно быть либо постоянным, либо хорошо известным, например, с помощью кодировщика для отслеживания движения. Созданные 3D-изображения обычно очень точны. Технологии моментальных снимков создают полное трехмерное изображение объектов, делая один снимок, как обычная потребительская камера, но в трехмерном формате. Движение объекта или камеры не является обязательным, но эти технологии создают изображения, которые не так точны, как технологии сканирования.