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Einführung in die 3D-Bildverarbeitung

Was ist 3D-Bildverarbeitung?

3D-Vision wird in Bildverarbeitungskreisen immer beliebter und etablierter. Warum? Da es sich um eine leistungsstarke Technologie handelt, die eine höhere Genauigkeit für Lokalisierungs-, Erkennungs- und Inspektionsaufgaben bietet, bei denen herkömmliche 2D-Bildverarbeitungssysteme nicht zuverlässig genug sind oder auch keine hohe Wiederholgenauigkeit erreichen.

Da Bildverarbeitungsanwendungen immer komplexer werden, sind kreativere Lösungen erforderlich, um auch den neuesten und schwersten Anwendungen gerecht zu werden. Die 3D-Bildverarbeitung umfasst eine Reihe alternativer Technologien um die Limits von 2D-Lösungen zu umgehen.

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Wie bestimmen wir in diesem Zusammenhang zuverlässig und wiederholbar die Menge?

 

3D-Bildverarbeitungssysteme verwenden vier Haupttechnologien, um dreidimensionale Bilder eines Objekts zu erzeugen: Stereovision, Laufzeitverfahren (ToF), Lasertriangulation (3D-Profilometer) und strukturiertes Licht.

Ein 3D-Bildverarbeitungssystem fördert die Analogie der Bildverarbeitung als „Augen“ eines Computersystems, da das Hinzufügen einer genauen Tiefenwahrnehmung dem menschlichen Auge ähnlicher ist.

Bei der Stereovision werden beispielsweise zwei nebeneinander liegende Kameras verwendet, die auf dasselbe Objekt kalibriert und fokussiert sind, um 3D-Messungen mit vollem Sichtfeld in einer dynamischen Umgebung zu ermöglichen, die auf der Triangulation von Strahlen aus mehreren Perspektiven basieren.

Im Gegensatz dazu misst die Lasertriangulation die Abweichung eines Laserstrahls, wenn er mit einer Kamera senkrecht zum Strahl auf das Objekt projiziert wird. Wo Stereovision zum Erfassen stationärer Objekte verwendet werden kann, erfordert die Lasertriangulation eine kontinuierliche lineare Bewegung, die beispielsweise mit einem Förderband erreicht werden kann. Diese Einschränkung wird jedoch auf andere Weise gelöst, da die Lasertriangulation eine spektakulär detaillierte Punktwolkenkarte des Objekts liefern kann.

Point Cloud

Punktewolke

 

Das Laufzeitverfahren (Time of Flight, ToF) misst alternativ die Zeit, die Licht von einer modulierten Beleuchtungsquelle benötigt, um ein Objekt zu erreichen und erzeugt basierend auf diesen aufgezeichneten Zeiten eine Punktewolke.

Die 3D-Technologie hat viele kreative Lösungen auf die Frage der Tiefe von Objekten ermöglicht. Daher stehen bei der Betrachtung von 3D-Bildverarbeitungssystemen verschiedene Optionen zur Auswahl. Bevor Sie sich für eine der vier wichtigsten 3D-Technologien entscheiden, sollten Sie einige Aspekte Ihrer beabsichtigten Bildverarbeitungsanwendung berücksichtigen.

Ist 3D Machine Vision das Richtige für mich?

3D-Systeme sind an sich komplizierter als 2D-Systeme, die für die meisten Anwendungen weitaus häufiger vorkommen und nicht zuletzt günstiger sind. Wenn Sie jedoch über den Preis und die Konfiguration hinwegblicken können, kann Ihnen ein 3D-System durchaus leistungsstärkere Ergebnisse liefern.

3D-Bildverarbeitung kann für Anwendungen nützlich sein, die eine genauere Größe, Textur und Tiefe des betreffenden Objekts erfordern.

Zum Beispiel können Farming 4.0, Automatisierte Fertigungen, Inspektions und Qualitätskontrollen von 3D-Vision profitieren. Die Entscheidung zwischen diesen 3D-Technologien hängt jedoch letztendlich von verschiedenen Faktoren ab, wie z. B. der erforderlichen Genauigkeit, der Messgeschwindigkeit, ob Ihr Objekt statisch ist oder in Bewegung, und das Reflexionsvermögen sowie die Textur der Oberflächen des Objekts.

Weitere Informationen zu den Unterschieden zwischen 3D-Bildverarbeitungstechnologien finden Sie in unserem E-Book.

2D vs. 3D Bildverarbeitungssysteme

Das traditionelle zweidimensionale Bildverarbeitungssystem in Kombination mit Softwarebibliotheken hat sich in Anwendungen wie Barcodelesen, Anwesenheitserkennung und Objektverfolgung als sehr erfolgreich erwiesen und diese Technologien verbessern sich zunehmend über die Zeit.

Da 2D-Kameras jedoch lediglich ein vom Objekt reflektiertes Licht aufnehmen, können Änderungen der Beleuchtung die Genauigkeit bei der Messung beeinträchtigen. Zu viel Licht kann zu einer überbelichteten Aufnahme führen, die zu leichten Ausblühungen oder unscharfen Kanten des Objekts führt und eine unzureichende Beleuchtung kann die Klarheit der Kanten und Merkmale beeinträchtigen, die auf dem zweidimensionalen Bild erscheinen.

In Anwendungen, in denen die Beleuchtung nicht einfach gesteuert werden kann und daher nicht geändert werden kann um die Aufnahme zu fixieren kommt es oft zu Problemen mit herkömmlichen 2D-Bildverarbeitungssystemen.

Embossed ImprintedSchwarzer Text auf einem schwarzen Objekt: 3D-Systeme in Verbindung mit 2D-Bildverarbeitung können dieses Problem lösen

3D-Bildverarbeitungskameras können dies ausgleichen indem sie genaue Tiefeninformationen aufzeichnen und so eine Punktwolke erzeugen die hinsichtlich der Genauigkeit 2D-Systemen weit überlegen sind.

Jedes Pixel des Objekts wird im Raum berücksichtigt, und der Benutzer erhält X-, Y- und Z-Koordinaten sowie die entsprechenden Rotationsdaten für jede der Achsen.

Dies macht die 3D-Bildverarbeitung zur ersten Wahl für Anwendungen die Maßhaltigkeit, Volums Messungen, Dickenmessung, Oberflächenerkennung auf der Z-Achse und Qualitätskontrolle über die Tiefe umfassen. Die traditionelle 2D-Bildverarbeitung kann weiterhin mit den gesammelten Bildern verwendet werden, wodurch eine implementierbare Lösung für viele Bildverarbeitungsprobleme geschaffen wird. Eine ultimative Inspektionslösung kann also eine Kombination aus 2D und 3D-Bildverarbeitung sein.

Weitere Informationen zu den oben genannten Themen finden Sie in unserem informativen E-Book zu 3D-Bildgebungstechniken. Spezifikationen für verschiedene 3D-Bildgebungslösungen finden Sie in den Datenblättern unserer Kameras, die auf unserer Website verfügbar sind, um Ihnen bei der Auswahl des optimalen 3D-Bildverarbeitungskameramodells für Ihre industrielle Anwendung zu helfen.

 

 

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