Unterschiede zwischen 2D- und 3D-Bildverarbeitungssystemen

Einführung

2D- und 3D-Bildverarbeitungssysteme werden unter dem Oberbegriff des maschinellen Sehens zusammengefasst. Ihr Ursprung reicht bis in die 1960er Jahre zurück, als die erste CCD-Kamera entwickelt wurde. Nach und nach führten Fortschritte in Technik und Wissenschaft zu den ersten 2D-Bildverarbeitungssystemen. In den 1980er Jahren begannen die Branchenführer mit der Entwicklung komplizierter 3D-Vision-Systeme. Diese waren jedoch zu teuer, um in großem Umfang eingesetzt zu werden.

2D- und 3D-Bildverarbeitungssysteme sind heute ein wesentlicher Bestandteil der Fertigung, Automatisierung und Industrie 4.0. Früher halfen fotoelektrische Sensoren bei der Automatisierung von Maschinen. Sie waren jedoch nur für blinde Roboter geeignet, die sich wiederholende Aufgaben ausführen. 2D- und 3D-Vision ermöglicht es Maschinen, Aktionen auszuführen, die zuvor als unmöglich galten. Aus diesem Grund sind mehrere Branchen dabei, photoelektrische Sensoren aus dem Verkehr zu ziehen. Aber wie kann jemand, der neu in diese Branche einsteigt, wissen, welches Bildverarbeitungssystem für ihn geeignet ist?

Was ist ein 2D-Bildverarbeitungssystem?

Ein 2D-Bildverarbeitungssystem nimmt das Bild eines Objekts auf und stellt es in einer zweidimensionalen Ebene dar. Es misst nur Entfernungen in den x- und y-Koordinaten, d. h., es kann nur die Länge und Breite eines Objekts berechnen. 2D-Bildverarbeitungssysteme erfüllen mehrere Fertigungsaufgaben. Sie eignen sich hervorragend für Scanaufgaben wie Objekterkennung und Oberflächeninspektion. Außerdem beschleunigen 2D-Bildverarbeitungssysteme die Produktionslinien durch das Lesen von Barcodes und die Erkennung von Gegenständen.

Da es 2D-Bildverarbeitungssysteme schon seit langem gibt, sind sie zuverlässig, effizient und kostengünstig. Viele Fabriken haben von 2D-Bildverarbeitungssystemen profitiert und ihre Produktionslinien auf sie ausgerichtet. Ein großer Nachteil von 2D-Bildverarbeitungssystemen ist jedoch, dass sie die Tiefe eines Objekts nicht wahrnehmen können. Daher sind sie für präzise 3D-Messungen ungeeignet. Außerdem können sie keine Aufgaben wie volumetrische Analysen und Pick-and-Place-Aufgaben ausführen.

Die Entwicklung der 3D-Vision hat diese Herausforderungen überwunden. Die 3D-Vision stellt eine neue Generation der maschinellen Bildverarbeitung dar, die die Automatisierung der Industrie auf eine neue Stufe heben kann.

Was ist ein 3D-Vision-System?

Ein 3D-Vision-System kann alle dreidimensionalen Eigenschaften eines Objekts messen. Es verwendet Kameras und photogrammetrische Techniken, um ein 3D-Modell zu erstellen. Es erzeugt eine Punktwolke, die jede Koordinate einem Punkt auf der Außenseite des Objekts zuordnet. Software-Tools analysieren diese 3D-Zuordnung, um die Abmessungen des Objekts zu messen.

3D-Vision-Systeme verwenden vier Haupttechniken: strukturiertes Licht, Time-of-Flight, Stereo-Vision und Laser-Triangulation. Diese Methoden verwenden unterschiedliche Werkzeuge und Einrichtungen, um Informationen für ein 3D-Modell zu sammeln. Die 3D-Bildverarbeitung ermöglicht eine Automatisierung auf einem neuen Niveau im Vergleich zur 2D-Bildverarbeitung. Während Roboter früher auf sich wiederholende Aufgaben beschränkt waren, können sie jetzt komplexe Aufgaben in unterschiedlichen Umgebungen ausführen.

3D-Vision-Systeme werden in Fabriken eingesetzt, um die menschliche Beteiligung zu begrenzen, die Effizienz und Produktivität zu steigern und die Sicherheit des Bedieners zu gewährleisten. Sie führen präzise Messungen, Formanalysen, Roboterführung, Pick-and-Place-Vorgänge, Behälterentnahme und Montageüberprüfung durch.

Unterschiede zwischen 2D- und 3D-Bildverarbeitungssystemen

Die Technologie der maschinellen Bildverarbeitung erlebt jedes Jahr ein schnelles Wachstum und Innovationen. Auch wenn es den Anschein hat, dass 3D-Vision die 2D-Vision ersetzen wird, ist dies nicht der Fall. Wenn wir diese Attribute vergleichen, können wir besser verstehen, was das bedeutet,

	2D-Vision-System	3D-Vision-System
Messmöglichkeiten	Es kann die Länge und Breite eines Objekts messen. Es kann auch eine Flächenanalyse durchführen. Die Messung hängt von der Beobachtung von Kontrast und Oberflächenabweichungen ab. Die Messung kann durch mangelnde Beleuchtung oder unebene Oberflächen beeinträchtigt werden.	Es kann Länge, Breite und Tiefe messen. Es ist in der Lage, eine volumetrische Analyse durchzuführen. Das Simulationswerkzeug erstellt eine Punktwolkendarstellung des Objekts. Software und KI-Tools nehmen Messungen anhand dieser Darstellung vor. Sie wird nicht durch Unstimmigkeiten in der Umgebung beeinträchtigt.
Genauigkeit und Präzision	Es bietet gute Genauigkeit und Präzision in kontrollierten Umgebungen. Die Leistung kann durch die Lichtverhältnisse beeinträchtigt werden. Bei glänzenden und kontrastarmen Objekten können 2D-Vision-Systeme Schwierigkeiten haben, sie zu erkennen.	Sie sind außergewöhnlich genau und präzise. 3D-Vision-Systeme sind in der Lage, die Dimensionen eines Objekts zu modellieren. Sie sind in der Lage, auch bei schwachem Licht und geringem Kontrast gute Leistungen zu erbringen.
Geschwindigkeit der Inspektion	Sie haben eine höhere Prüfgeschwindigkeit. Sie eignen sich für die Analyse von Objekten an Montagelinien und in schnellen Produktionsumgebungen.	Die 3D-Inspektion ist ein zeitaufwändiger Prozess. Die Kartierung und Erstellung eines 3D-Modells ist rechenintensiv.
Datenausgabe und -analyse	2D-Bildverarbeitungsgeräte erzeugen eine Draufsicht auf das Objekt in der x- und y-Ebene. Durch den Vergleich des Kontrasts in verschiedenen Abschnitten des Bildes werden Konturen definiert. Die Messungen werden in einer 2D-Ebene durchgeführt.	3D-Vision-Geräte erzeugen eine Punktwolken-Darstellung des Objekts, die es auf ein Koordinatensystem abbildet. Jeder Punkt wird in einem dreidimensionalen Koordinatensystem dargestellt. Die Messung erfolgt auf der x-, y- und z-Achse.
Kostenüberlegungen	2D-Vision ist kostengünstig und einfach zu installieren. Sie verwendet einfache Hardware- und Software-Ausrüstung.	3D-Vision ist teuer und komplex in der Einrichtung. Anspruchsvolle Hardware und Software-Simulationstools erhöhen den Preis von 3D-Vision-Systemen.
Benutzerfreundlichkeit und Schulungsbedarf	2D-Vision ist relativ einfach zu bedienen. Die Einarbeitungszeit für die Bediener ist kurz. Die Ausrüstung ist unkompliziert und einfach zu bedienen.	3D-Vision-Systeme sind komplex und erfordern eine umfassende Schulung der Bediener. Die Ausrüstung kann vielfältig und schwierig zu bedienen sein.

FAQs zu 2D- und 3D-Bildverarbeitungssystemen

Was sind die Vorteile von 2D- und 3D-Bildverarbeitungssystemen?

Die Einführung von 2D- und 3D-Bildverarbeitungssystemen hat die Fertigungsindustrie revolutioniert. Mit 2D-Bildverarbeitungssystemen können bestimmte sich wiederholende Aufgaben wie Qualitätskontrolle, Fehlererkennung und das Lesen von Strichcodes von Maschinen ausgeführt werden. 3D-Vision-Systeme ermöglichen es Robotern, autonome Entscheidungen zu treffen und hochkomplexe Aufgaben wie Pick-and-Drop, 3D-Inspektion und volumetrische Messungen durchzuführen. Insgesamt haben 2D- und 3D-Bildverarbeitungssysteme die Effizienz und Produktivität von Fabriken verbessert und gleichzeitig Arbeitskosten und Abfall reduziert.

2D-Vision-System oder 3D-Vision-System, welches soll ich wählen?

Auch wenn es den Anschein haben mag, dass 3D-Bildverarbeitungssysteme den Markt erobern werden, ist dies nicht der Fall. Sowohl 2D- als auch 3D-Bildverarbeitungssysteme zeichnen sich in verschiedenen Bereichen aus und werden für die Hersteller weiterhin relevant sein. Beim Kauf eines Bildverarbeitungssystems sind einige Dinge zu beachten:

1. 2D-Vision-Systeme eignen sich hervorragend für Aufgaben mit geringer Komplexität und hoher Geschwindigkeit. Sie eignen sich hervorragend zum Lesen von Barcodes, zur Etikettenkontrolle, zur Qualitätsprüfung und zur Überwachung von Förderbändern.
2. 3D-Vision-Systeme sind äußerst genau und präzise. Sie zeichnen sich durch einen höheren Automatisierungsgrad bei Anwendungen wie 3D-Druck, Roboterführung, Behälterkommissionierung und volumetrische Messungen aus.
3. In schwach beleuchteten und dynamischen Umgebungen sind 2D-Bildverarbeitungssysteme nicht sehr leistungsfähig.
4. Umweltfaktoren haben keinen Einfluss auf die Leistung von 3D-Vision-Systemen.
5. 2D-Bildverarbeitungssysteme sind billiger in der Anschaffung. Sie sind einfacher zu installieren und aufzurüsten, da sie in Fabriken so weit verbreitet sind.
6. 3D-Vision-Systeme sind in der Anschaffung wesentlich teurer. Außerdem sind sie schwierig zu installieren und zu warten.

In welchen Branchen werden Bildverarbeitungsmesssysteme üblicherweise eingesetzt?

Bildverarbeitungssysteme werden von mehreren Branchen genutzt, wie der Marktanteil der führenden Bildverarbeitungsunternehmen zeigt. Trotzdem bleibt der Markt hart umkämpft und zersplittert mit vielen Hauptakteuren. Dies sind die wichtigsten Branchen, in denen Bildverarbeitungssysteme zum Einsatz kommen:

1. Herstellung: Die industrielle Bildverarbeitung automatisiert Aufgaben in Fabriken und Lagern, wie z. B. Qualitätskontrolle, Pick-and-Drop, Etikettenprüfung, Lesen von Barcodes usw.
2. Gesundheitswesen: In der medizinischen Industrie hat sich die maschinelle Bildverarbeitung in großem Umfang durchgesetzt. Hochpräzise 3D-Vision-Systeme werden in chirurgischen Maschinen, Scannern, Prüfstationen usw. eingesetzt.
3. Einzelhandel: Der Einzelhandel hat sowohl 2D- als auch 3D-Vision-Systeme eingeführt. Die 2D-Vision hat eine schnelle Abfertigung und Auftragserfassung in Geschäften ermöglicht. Die 3D-Vision ermöglicht virtuelle Spiegelungen und fortschrittliche Kundenanalysen.
4. Transport und Logistik: 2D- und 3D-Vision-Systeme ermöglichen eine effiziente und lückenlose Überwachung der Lieferkette.

Welche Vorteile bietet die maschinelle Bildverarbeitung gegenüber herkömmlichen Messmethoden?

Die maschinelle Bildverarbeitung bietet im Vergleich zu herkömmlichen Messverfahren mehrere Vorteile, wie z. B:

1. Berührungsloses Messen: Die maschinelle Bildverarbeitung kann verformbare oder empfindliche Objekte effektiv analysieren, da sie nicht auf physische Sonden angewiesen ist.
2. Vielfältig Scannen: 2D- und 3D-Bildverarbeitungssysteme können eine Vielzahl von Objekten analysieren, darunter flache, gekrümmte, kugelförmige, unebene oder verformbare Oberflächen.
3. Erkennung von Mängeln: Manchmal können bei der Herstellung winzige Fehler auftreten. Diese mit dem Auge zu erkennen, ist schwierig. Mit Hilfe von Simulationssoftware kann die industrielle Bildverarbeitung selbst kleinste Fehler erkennen.
4. Robotersteuerung: Das Beste an der industriellen Bildverarbeitung ist, dass sie perfekt mit der Robotik zusammenarbeitet. Dies ermöglicht die Automatisierung und Maschinensteuerung bei einer Vielzahl von Aufgaben.
5. Mehr Produktivität, weniger Abfall: Die Robotik ermöglicht es den Herstellern, ein hohes Maß an Präzision und Genauigkeit zu erreichen. 2D- und 3D-Vision helfen, die Produktionsleistung zu steigern und gleichzeitig Betriebskosten und Abfall zu reduzieren.

Schlussfolgerung

Dank der Einführung von 2D- und 3D-Vision-Systemen ist die Menschheit dem Zeitalter der Automatisierung und Robotik einen Schritt näher gekommen.

Auf den ersten Blick mag es so aussehen, als ob 3D-Bildverarbeitungssysteme die 2D-Technologie ablösen werden. Dies ist jedoch nicht der Fall. Beide Bildverarbeitungstechnologien haben ihre eigenen Stärken und Schwächen.

Wenn Sie eine einfache Integration, eine schnelle Prüfung und eine einfache Bedienung benötigen, entscheiden Sie sich für ein 2D-Bildverarbeitungssystem. Wenn Sie eine dreidimensionale Analyse, eine komplexe Automatisierung oder eine volumetrische Analyse benötigen, entscheiden Sie sich für ein 3D-Bildverarbeitungssystem.

Wenn Sie die Schlüsselkonzepte hinter diesen Technologien kennen, können Sie die beste Entscheidung für Ihr Unternehmen treffen.