+7 (495) 646-88-24
Rus
/Вопросы и ответы/Как самостоятельно собрать 3D сенсор

Как самостоятельно собрать 3D сенсор

Некоторые задачи машинного зрения не возможно решить готовыми блоками 3D сенсоров. Однако современные 3D камеры позволяют вам изготовить собственный 3D сканер под свою задачу. Для этого не потребуется эксклюзивных компонентов либо специального ПО, все просто и доступно. Для начала давайте изучим его конструкцию.

Конструкция 3D сканера

Элементы:

  1. 3D камера
  2. Лазер с линейной разверткой
  3. Объектив и фильтр
  4. ПК с SDK

 

3D сканер


Что такое 3D камера?

В отличие от обычной (2D) камеры машинного зрения, 3D камера способна внутри себя, на FPGA, обработать картинку и выдать уже готовую к обработке карту высот - кадр из вокселей. SDK для данных камер составлено именно с учетом ее специального применения, включает в себя алгоритмы калибровки, настройку метода триангуляции и т.д. Данные камеры так-же как и 2D камеры общаются по стандарту GigE Vision, отправляя на ПК кадр из вокселей. Подробнее по обработку данных 3D сканирования вы можете прочитать здесь. 

 
Встроенная FPGA в камере обрабатывает изображение с матрицы камеры, которая видит профиль лазерной линии на объекте. Находя центры каждого участка данного профиля по различным алгоритмам (Гаусс, медийный, FIRPeak) - FPGA формирует линию высот, где градиент серого - высота точек на объекте. Далее камера накапливает нужное количество данных линий, сшивает их в один кадр и отправляет его на ПК по стандарту GigE Vision. 
 

Толщина линии, длина волны лазера и его мощность

Толщина линии важна для встроенных алгоритмов триангуляции. Она зависит от используемого алгоритма нахождения точек на проецируемой линии, а также от требований к детализации объектов, ведь чем толще проецируемая линия - тем меньше деталей увидит 3D камера. Так например, AT для камер серии C5 с алгоритмом FIRPeak рекомендуют толщину лазерной линии в 5-7 пикс. 

Длина волны - здесь зависит от условий применения:

  • Для работы с нагретыми изделиями (ковка металла, контроль выдувки стекла) лучше использовать лазеры из зеленого и синего спектра (405нм или 532нм)
  • При работе с глянцевыми, металлическими поверхностями - синий лазер (405нм)
  • Для черный изделий, например сканирование покрышек - красный лазер или инфракарсный (660нм и 830нм), к его излучению камера наиболее чувствительна
Также длина волны влияет на "шум" лазерной линии. Чем длиннее волна - тем лучше она отражается, и тем больше у нее проявляется спекл-структура (пятнистость). Ниже приведен снимок линии лазера на гладком стальном листе: Сверху линия красного лазера, ниже - синего. 
 

Лазер

 
Мощность лазера - зависит от условий применения, геометрии задачи и т.д. Например, если вам необходимо "пересветить" солнце вам нужен лазер, оптическая мощность которого составляет более 2 Вт. 

 

Объектив к камере

Объектив рассчитывается под геометрию задачи, настраивается при калибровке и его настройки надежно фиксируются винтами. Все объективы машинного зрения позволяют зафиксировать настройку.

Диафрагма объектива прикрывается до значений 4-6, поскольку необходимо четко видеть линию на всем рабочем диапазоне высот. 
 
На объектив рекомендуем устанавливать фильтр, пропускающий лишь спектр выбранного лазерного излучения. Это позволяет камере работать стабильно, не воспринимая окружающей свет.
 

Процесс калибровки собранного 3D сканера

Калибровка осуществляется по алгоритму производителя камеры, либо в ПО машинного зрения. Процесс калибровки по рекомендации производителя требует изготовления мастер-шаблона, по которому будет происходить процесс калибровки камеры.

Пример мастер-шаблона:

Мастер шаблон 3D

 
Процесс калибровки в ПО для машинного зрения заключается в сканирование известного образца (например гайки). Далее скан и оригинальная 3D модель (.step) загружается в ПО Halcon, где процесс калибровки происходит благодаря сравнению эталонной 3D модели с восстановленной из 3D снимка с вашего сканера. 
 

3D модель

 

© 2013 -2020 ООО «Камера Ай-Кью»
Отправить заявку
Нажимая кнопку "Отправить", я даю согласие на обработку моих персональных данных в соответствии с условиями Пользовательского Соглашения