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Visión Estéreo 3D para Aplicaciones de Visión Artificial

Stereo Vision for 3D Machine Vision Applications

Hasta ahora, en esta serie de blogs, hemos analizado una descripción general de las cuatro tecnologías 3D principales utilizadas en la visión artificial (visión estéreo, tiempo de vuelo, luz estructurada y perfilómetros 3D / triangulación láser)

En esta publicación cubriremos la visión estéreo, explorando esta tecnología de visión artificial y cómo puede resolver problemas en la industria.

¿Que es la visión estéreo?

Al igual que con otros tipos de tecnologías 3D, el objetivo de la visión estéreo es resolver el problema de la percepción de profundidad.

La visión estéreo es una técnica de visión artificial que puede proporcionar mediciones 3D utilizando dos o más cámaras industriales. La base de la visión estéreo es similar a la percepción 3D en la visión humana y se basa en la triangulación de rayos desde múltiples puntos de vista.

Una sistema de visión estéreo copia fielmente cómo funcionan nuestros ojos para brindarnos una percepción de profundidad precisa y en tiempo real. Lo logra mediante el uso de dos sensores a una distancia establecida para triangular píxeles similares de ambos planos 2D.

Cada píxel de la imagen de una cámara digital recoge la luz que llega a la cámara. Si alguna característica del objeto bajo inspección se puede identificar como una ubicación de píxel en una imagen, sabemos que esta característica se encuentra en el haz 3D asociado con ese píxel. Si usamos múltiples cámaras, podemos obtener múltiples haces. Encontrar dónde se cruzan estos haces de luz nos permite conocer la ubicación 3D de un objeto y su
características.

A través de la triangulación de píxeles e intersecciones de rayos de luz, podemos determinar la ubicación 3D del cono de tráfico. Cuanto mayor sea la disparidad, mayor será la desviación angular del objeto y, por lo tanto, mayor será la información de profundidad 3D. Esto reducirá problemas como la oclusión óptica, pero requerirá una calibración cuidadosa para tener éxito.

Visión Estéreo 3D Activa y Pasiva

En vision artificial, la visión estéreo 3D se considera una tecnología pasiva, ya que no requiere ninguna iluminación artificial para funcionar. Una cámara estéreo puede simplemente conectarse, calibrarse e implementarse.

Sin embargo, algunas aplicaciones de visión estéreo 3D se beneficiarán de la iluminación artificial o de una fuente de luz estructurada para ayudar a la visibilidad; de hecho, algunas aplicaciones pueden depender de ella para funcionar. Esto se conoce como estéreo activo y tiene sus pros y sus contras al igual que el estéreo pasivo.

Ventajas y Desventajas de la Visión Estéreo 3D

La visión estéreo 3D puede requerir un uso intensivo de la CPU cuando no está acelerada por hardware (FPGA, GPU, etc.). Esto se debe a algoritmos como el “Semi Global Matching” (SGM), que realiza el emparejamiento estéreo usando 2 cámaras y compensación de distorsiones de lentes, que deben tener lugar para que la visión estéreo funcione de manera precisa y constante a lo largo del tiempo.

Si tienes problemas de velocidad de procesado de imágenes estéreo 3D, las cámaras de visión estéreo SceneScan y Scarlet de Nerian eliminan los cuellos de botella de procesamiento en la CPU y GPU de un PC, ya que la mayor parte del procesamiento se realiza utilizando un potente FPGA; detallaremos más sobre esto a continuación.

Los sistemas de cámara estéreo 3D pasiva se pueden implementar sin la necesidad de láseres / LED y generalmente pueden funcionar de manera efectiva en la mayoría de las condiciones de iluminación ambiental. Dicho esto, si el sistema funciona con poca luz o escanea escenas u objetos sin textura con superficies sin textura, la visión estéreo tiende a tener un rendimiento bajo.

Por lo tanto, es mejor aprovechar los puntos fuertes de la visión estéreo, ya que logrará excelentes resultados cuando se implementa correctamente en entornos bien iluminados, utilizados para aplicaciones como bin-picking o automóviles autónomos.

Sin láseres ni iluminación costosa, la visión estéreo pasiva puede ser mucho más asequible que otras tecnologías de visión 3D.

Además, la visión estéreo 3D no impone restricciones en el rango de movimiento en el objeto de destino, como sí limitan otras tecnologías tales como los perfilómetros láser 3D en la tecnología de creación de perfiles 3D. Esto permite que la visión estéreo puede hacer frente a largas distancias y objetos en movimiento, algo en lo que otras tecnologías 3D se quedan cortas.

Una vez calibrado, un sistema de visión estéreo puede detectar profundidad en tiempo real, y cuando se combina con el software adecuado para mostrar la imagen en 3D, los usuarios pueden beneficiarse del mapeo de profundidad de color para una mayor visibilidad.

El mapeo de colores ayuda a cuantificar las distancias visualmente en la pantalla.

Las cámaras estéreo son ideales para una amplia gama de aplicaciones. Los vehículos autónomos, por ejemplo, se han beneficiado enormemente de los sistemas de visión estéreo. La combinación de esta tecnología con una red neuronal puede resultar en soluciones efectivas para vehículos autónomos y otras máquinas autónomas.

Elegiendo la cámara de visión estéreo 3D correcta

Las cámaras estéreo SceneScan y Scarlet 3D de Nerian ofrecen fantásticos resultados de imágenes estéreo a un precio asequible.

Con hasta 120 fps y más de 70 millones de puntos 3D por segundo, el nuevo Nerian Scarlet ofrece la tasa de medición 3D más rápida de la industria. Además, Scarlet consigue una excelente resolución de hasta 5 megapíxeles por cámara.

Scarlet combina la cámara estéreo 3D y el procesamiento de imágenes en un solo dispositivo. Al usar una FPGA para procesar su algoritmo de “Semi Global Matching”, proporciona mayores velocidades y técnicas de postprocesamiento para atenuar la distorsión, ruido y errores de disparidad. Scarlet ha sido pensada para un procesado intensivo de imágenes estéreo 3D, permitiendo liberar la CPU del sistema para otras tareas.

Ya sea para entornos estáticos o aplicaciones en tiempo real difíciles y críticas en entornos dinámicos, la cámara de profundidad Scarlet 3D de Nerian te proporciona la imagen de profundidad y los datos críticos necesarios para tu aplicación de visión artificial.

 

Nerian Scarlet

Para obtener más información sobre lo anterior, no dudes en consultar nuestro ebook sobre técnicas de imágenes 3D. Las especificaciones para diferentes soluciones de imágenes 3D se pueden encontrar en las hojas de datos de nuestras cámaras, disponibles en nuestro sitio web para ayudarte a tomar la decisión correcta a la hora de elegir el modelo de cámara de visión artificial 3D óptimo para tu aplicación industrial.

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