Сравнение систем 2D, 2,5D и 3D-видения

Введение

История началась в 1960-х годах с изобретения ПЗС (прибора с зарядовой связью), который открыл дорогу измерительным системам на основе технического зрения.

В 1970-х годах в лабораториях начали появляться системы двумерного зрения, которые впервые стали использоваться для контроля целей и качества.

Исследования 3D-систем в 1980-х годах начали обретать форму, несмотря на то, что технология считалась слишком дорогой и непрактичной для массового производства. Сегодня машинное зрение остается центральным элементом 4-й промышленной революции и всего остального мира.

Мировой рынок машинного зрения оценивался в $14,2 млрд и, по прогнозам, превысит $25 млрд к 2030 году, растет на 7.1% CAGR. Как 2D, так и 3D-системы выполняют необходимые функции в производстве, логистике, здравоохранении, автомобилестроении и электронной коммерции.

Фотоэлектрические датчики добились значительного прогресса в упрощении визуализации повторяющихся процессов автоматизации. В этой статье рассматриваются 2D-, 2,5D- и 3D-системы технического зрения, а также примеры их использования, преимущества и сравнения, чтобы помочь лицам, принимающим решения, выбрать оптимальную систему.

Системы двумерного зрения

Определение

Система двумерного зрения получает изображение объекта на плоской двумерной поверхности (плоскости). Система "измеряет" только по двум осям - горизонтальной (X) и вертикальной (Y), и поэтому может вычислять только длину, ширину и площадь поверхности.

Характеристики

• Измерительные системы 2D-видения могут измерять и захватывать как полутоновые, так и цветные изображения.
• Измерения с использованием контраста, краев и пиксельного анализа.
• В ней используется простое оборудование: камеры, объективы и источники света.

Преимущества

• Стоимость установки системы 2D-видения почти 40-60%меньше, чем у 3D-систем.
• 2D-система имеет высокую скорость осмотра. Это означает, что она обладает высокой пропускной способностью (объемом).
• Двумерные системы отличаются надежностью 70% приложений машинного зрения(проверка правильности функционирования машины), что является проверенной технологией.
• Большинство систем совместимы с существующими конвейерными и сборочными линиями.

Приложения

• Чаще всего такие системы устанавливаются в супермаркетах для сканирования штрих-кодов и QR-кодов.
• Промышленность использует их для проверки этикеток и упаковки.
• В автомобильной промышленности используются системы 2D-видения для обнаружения царапин, трещин и вмятин на поверхности.
• Проверка наличия или отсутствия отдельных узлов.

Ограничения

• Эта двухмерная система не может определить глубину.
• Не идеально подходит для объемных вычислений или работ, требующих точности по оси Z.

Системы 2,5D-видения

Определение

Системы 2D-видения могут давать изображения только в двух плоскостях, что означает, что с их помощью можно получить только плоские изображения. Система 2,5D была разработана для того, чтобы заполнить пробел между 2D и 3D системами измерения зрения. Она не позволяет получить полный объемный снимок, но объединяет 2D-изображения с отображением высоты с помощью структурированного света, отображаемого по высоте, или методов изменения фокуса.

Характеристики

• Ограниченные возможности по оси Z, но при этом не достигается полный объемный захват.
• Используются такие техники, как формирование формы из тени, сложение фокусов или лазерное профилирование.
• Более точные, чем 2D-системы, но менее требовательные к вычислениям, чем полноценные 3D-системы.

Преимущества

• Восприятие глубины - основная задача измерительных машин с 2,5D зрением.
• 5 измерительных систем технического зрения почти 30% дешевле, чем полноценные 3D-системыТаким образом, они имеют сбалансированную стоимость.
• Он обеспечивает дополнительную глубину, что повышает надежность измерений, а значит, и надежность захвата.
• Заменить существующие 2D-системы на 2,5D-системы проще, чем на 3D-системы, что обеспечивает большую масштабируемость.

Приложения

• Камера, используемая в системе, может фиксировать как высоту, так и форму каждой детали.
• Системы 2.5D могут использоваться при сборке электроники (проверка высоты пайки и контроль печатных плат).
• Используется в упаковке (оценка блистерной упаковки и целостности печати).
• Автомобильные (установка прокладок и измерение глубины пазов).
• Системы 5D отлично подходят для повышения точности без вложений в системы 3D.

3D Vision Systems

Определение

Наиболее продвинутой системой измерения зрения является система, использующая 3D. Система 3D-видения сохраняет все размеры объекта по осям X, Y и Z. Она способна генерировать модель облака точек, пригодную для объемного анализа с помощью фотограмметрии, структурированного света или лазерной триангуляции.

Характеристики

• Неограниченное 3D-картографирование, содержащее миллионы точек данных.
• Перепады освещения и различия в текстуре поверхности не оказывают никакого влияния.
• Измерительные системы 3D-видения имеют полную интеграцию с программным обеспечением и измерительными программами на основе искусственного интеллекта.

Техника

В системе 3D-видения используются четыре технологии

1. Структурированный свет
2. Время полета
3. Стереовидение
4. Лазерная триангуляция

Преимущества

• Непревзойденная точность с субмикронными возможностями (улучшенные рендеры с точностью ±5 мкм).
• Многофункциональный прибор для объемных измерений, анализа формы и управления роботами.
• Сокращение участия человека в производстве благодаря отключению света и минимальному контролю.
• Повышенная безопасность благодаря дистанционному управлению роботами в опасных зонах, что снижает риск для человека.

Приложения

• Автомобили: Роботы с ЧПУ для комплектации контейнеров, сварки и измерения каркаса кузова.
• Здравоохранение: Автоматизированный контроль хирургических и других устройств на предмет точности.
• Логистика: Автоматизированное определение размеров и сортировка посылок.
• Производство: Проверка сборки сложных деталей и контроль аддитивных процессов.
• Как и другие мощные 3D-системы, эти системы тоже бывают 2D. Однако они стоят в 2-4 раза дороже и требуют более длительного обучения оператора

Сравнение систем 2D, 2,5D и 3D-видения

Существуют различия между системами 2D, 2,5D и 3D-видения, о которых здесь рассказывается:

Технические различия

Технические различия охватывают все отличия, которые используются в этих системах для их правильного функционирования. Основное различие заключается в количестве плоскостей, в которых они могут проводить измерения.

Характеристики	Система двухмерного зрения	Системы 2,5D-видения	Система трехмерного зрения
Количество осей, которые они могут измерить.	2	2 и ограниченный Z	3
	X и Y	X и Y с ограниченными осями Z	X, Y и Z
Выход	Плоское изображение	Изображение и высота	3D-модель
Эффективность и скорость	Скорость обработки высокая, но изображение получается менее эффективным.	Скорость производства умеренная, а результаты более эффективные.	Эта машина используется для обнаружения каждой детали по трем осям. Это трудоемкий процесс, но самый эффективный.
Чувствительность к свету	Высокий	Умеренный	Низкий

 

Производительность и точность

Производительность и точность 2D-, 2,5D- и 3D-систем различаются по разным параметрам. Вот подробная информация о каждой системе:

Система двухмерного зрения

• Измерительная система 2D-видения быстро работает для решения простой задачи. С помощью этой системы можно получить изображение в двух плоскостях.
• Двумерная система может использоваться для измерения плоскости, но не может определить глубину и высоту объекта.

2.5 Система технического зрения

• Система работает быстрее в 3D, но медленнее, чем в 2D; эта система используется для восприятия глубины.
• Система 2,5D обеспечивает большую точность, чем система 2D, за счет более глубокого восприятия.

Система трехмерного зрения

• Эта система должна собирать данные по всем аспектам, поэтому у нее самое медленное время обработки.
• Измерительная система 3D-видения обеспечивает всесторонний анализ поверхности под любым углом, что позволяет получить наиболее точные результаты.

Стоимость и масштабируемость

Система двухмерного зрения

• Наиболее экономичным решением для измерительной системы технического зрения является 2D-система технического зрения. Она проста по конструкции и удобна в использовании.

2.5 Система технического зрения

• Измерительная система 2,5D-видения стоит дороже, чем 2D-система, но дешевле, чем система 3D-видения.
• Он может обеспечить восприятие высоты и глубины объекта. Вы можете получать более сложные изображения по сравнению с 2D-системами, и их можно использовать в качестве промежуточного варианта.

Система трехмерного зрения

• Эта система является наиболее точной. Они обеспечивают каждую деталь во всех трех плоскостях - X, Y и Z.
• Самая эффективная система 3D-видения - самая дорогая в установке.

Пригодность для использования

Система двухмерного зрения

• Высокоскоростная повторяющаяся задача может быть выполнена с помощью измерительной системы 2D-видения, такой как сканер штрих-кодов и система контроля этикеток.

2.5 Система технического зрения

• Отлично подходит для работ средней точности (сборка электроники, электронная упаковка предметов).

Система трехмерного зрения

• Передовые технологии для высокоточной и гибкой автоматизации (направляющие роботы, 3D-сканирование).

Заключение

Все три типа систем технического зрения (2D, 2,5D и 3D) служат важным целям и интересам автоматизации.

• Система 2D-видения экономична и быстра в работе.
• 5D-видение обеспечивает более детальную глубину и значительно доступнее по цене - примерно на 30% меньше, чем полноценные 3D-системы.
• 3D-система, с другой стороны, в 2-4 раза дороже 2D, но не имеет себе равных по точности: точность составляет ±5 микрон.

Все три системы могут использоваться в автомобильной промышленности, производстве, здравоохранении и логистике. Они могут использоваться и по отдельности, когда система оптимизирует время, стоимость и точность одновременно.

Выбор прецизионной системы измерения зрения MXP

Когда речь заходит об определении успеха, прецизионные системы измерения технического зрения от MXP ставят точность превыше всего. Надежное оборудование и быстрые, надежные системы, а также независимое программное обеспечение R&D обеспечивают надежность и постоянную точность.

Каждое изобретение несет в себе десятилетия опыта в области метрологии и разработано с использованием защищенных патентами технологий и исключительной производительности. Компания ориентирована на машиностроительную отрасль, и ее системы поддерживают точность всех систем MXP, используя оригинальные технологии.

За 30 лет работы в качестве премьер-министра FR компания MXP произвела 500 машин и поддерживает экспорт в 50 странах. Компания предлагает возможность индивидуального заказа и использует высококачественное сырье для производства измерительных машин технического зрения.

Компания MXP также предлагает машины, проверенные временем, с быстрой доставкой и непревзойденной 30-дневной политикой возврата на свои быстрые машины. MXP предлагает оперативные инструменты, которые надежны в различных отраслях промышленности.