3D視覺應(yīng)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(guān)報(bào)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(fù)合年增長率為12.20%。自2018年后，3D視覺在工業(yè)等行業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越重要，涉及物件辨識、產(chǎn)品檢測、尺寸測量、機(jī)械手的視覺引導(dǎo)定位等，隨著硬件端技術(shù)的不斷進(jìn)步,算法與軟件層面的不斷優(yōu)化，一系列基于3D視覺技術(shù)的雙目深度相機(jī)和傳感器逐漸成為工業(yè)場景應(yīng)用的催化劑。

早期的視覺工業(yè)檢測處于長期技術(shù)壟斷局面

早期在工業(yè)高端檢測和測量應(yīng)用中，常見的是兩種技術(shù)，一是三維激光線掃描、二是雙目動態(tài)結(jié)構(gòu)光。

•三維激光掃描技術(shù)又被稱為實(shí)景復(fù)制技術(shù)，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(diǎn)的坐標(biāo)(x.y.z)、反射率、顏色(R.G.B)等信息，由這些大量、密集的點(diǎn)信息可快速復(fù)建出1:1 的真彩色三維模型，它突破了傳統(tǒng)的單點(diǎn)測量方法，具有高效率、高精度的優(yōu)勢，其點(diǎn)云測量密度可達(dá)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(jié)構(gòu)光技術(shù)的基本原理是，通過近紅外激光器，將具有一定結(jié)構(gòu)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(jìn)行采集。這種具備一定結(jié)構(gòu)的光線，通過雙目相機(jī)采集不同的圖像相位信息，然后運(yùn)用算法將這種結(jié)構(gòu)的變化換算成深度信息，以此來獲得三維結(jié)構(gòu)，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?qū)崿F(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(yīng)用，售價超1萬美金，基本已形成一個極細(xì)分的專門市場且長期處于被國外機(jī)器視覺大廠壟斷的局面。

行業(yè)內(nèi)3D視覺的發(fā)展部署已久

其實(shí)，雙目融合動態(tài)結(jié)構(gòu)光技術(shù)便是由3D視覺技術(shù)中的三位測距原理衍生而來。3D視覺技術(shù)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(fù)深度，以及三角測量原理。其中運(yùn)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(jié)構(gòu)光、相移結(jié)構(gòu)光、散斑結(jié)構(gòu)光(靜態(tài)結(jié)構(gòu)光)等。

縱觀當(dāng)前市面上常見的3D視覺技術(shù)方案包含雙目視覺、飛行時間(ToF)和結(jié)構(gòu)光三種，各行各業(yè)在此類技術(shù)方案上也進(jìn)行了相當(dāng)多的研究，至于為何一直未出現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用，據(jù)國內(nèi)知名機(jī)器視覺領(lǐng)域企業(yè)負(fù)責(zé)人表示，現(xiàn)行的產(chǎn)品落地標(biāo)準(zhǔn)很高，在硬件層面，鏡頭、紅外傳感器等技術(shù)工藝復(fù)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(fù)雜的，結(jié)合不同的應(yīng)用場景需要各自相應(yīng)的解決方案，面臨的圖像識別、高精度自動化標(biāo)定、抓取/運(yùn)動規(guī)劃等問題都需要強(qiáng)大的算法能力支持。但目前國內(nèi)涉獵企業(yè)尚處于發(fā)展階段，鮮少有算法團(tuán)隊(duì)可以達(dá)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(jī)器視覺領(lǐng)域的廠商和企業(yè)開始把重點(diǎn)放在倉儲物流和工業(yè)檢測等特定細(xì)分市場中，針對不同產(chǎn)品規(guī)格，基于主動雙目融合靜態(tài)散斑結(jié)構(gòu)光的技術(shù)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(shù)逐漸成為工業(yè)視覺下新的發(fā)展趨勢

到目前為止，國內(nèi)已有包括小羽互聯(lián)在內(nèi)的不少工業(yè)廠家開始采用融合靜態(tài)結(jié)構(gòu)光的雙目相機(jī)。此前小羽互聯(lián)有關(guān)旗下XYAI第三代棒材智能焊牌機(jī)器人首次采用雙目結(jié)構(gòu)光技術(shù)的消息一經(jīng)傳出，就引發(fā)了行業(yè)內(nèi)的強(qiáng)烈關(guān)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(shù)部負(fù)責(zé)人介紹，由于在工業(yè)生產(chǎn)場景中，作為焊接對象的鋼筋分布往往參差不齊，為了能夠?qū)崿F(xiàn)比較精準(zhǔn)的焊牌操作，需要通過所搭載的雙目深度相機(jī)采集到的圖片以及點(diǎn)云數(shù)據(jù)，來計(jì)算得出兩個最佳焊牌點(diǎn)，以此引導(dǎo)機(jī)器人進(jìn)行對點(diǎn)焊接。目前這款搭載了雙目深度相機(jī)的XYAI第三代棒材智能焊牌機(jī)器人已經(jīng)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(yīng)用角度來看，機(jī)器視覺在工業(yè)自動化系統(tǒng)的應(yīng)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(shù)也一直是行業(yè)備受關(guān)注的重點(diǎn)。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(jīng)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(shè)備在行業(yè)內(nèi)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(bǔ)二維掃描體積缺陷的3D視覺傳感器測量方案。

當(dāng)前，3D視覺技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。奧比中光、圖漾科技、小覓智能、深慧視等涉及3D視覺技術(shù)的企業(yè)也正在工業(yè)等行業(yè)領(lǐng)域積極部署中，相信經(jīng)過對產(chǎn)品的不斷迭代和技術(shù)進(jìn)階，3D視覺將可以適用于更多的智能化工業(yè)操作場景，實(shí)現(xiàn)更高效更安全的生產(chǎn)需要。

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