如何配置3D三角测量视觉系统

作者:Tigervs    发布时间:2019-08-24    浏览量:
使用基于激光的3D三角测量的机器视觉是获得快速,准确的产品形状和尺寸测量的有效方式,并且可以在高速生产线上轻松识别尺寸不合格的单元。因此,该技术用于木材厂和微电子制造等多种工业。

但是有许多不同的方法来实现激光线投影系统。每个都有自己的特点,优点和缺点。

3D三角测量视觉系统

图1、从投影仪以外的视角观察时,投影激光线会出现失真。校准该失真并用于导出被测物体的尺寸。

在三角测量(图1)中,激光线投射到零件上,摄像机观察线并动态分析其形状以重建物体的尺寸。有四种基本的三角测量配置(图2)。

最广泛使用的配置称为标准几何结构,将激光直接定位在被测物体的正上方并与之垂直。摄像机从一个角度观察线 - 通常约45°。

此配置最重要的特征是对象高度变化仅移动对象Z轴上的投影线。这简化了导出对象形状所需的计算,从而使系统在设置期间更快,更准确且更容易校准。

3D测量视觉系统

图2、基于3D三角测量的机器视觉系统的四种常见配置。

这种布置的缺点是摄像机从一个角度观察物体,这增加了当物体高度变化时保持焦点所需的景深。此外,随着物体高度(以及物镜距物镜的距离)的变化,发生放大率变化。必须通过校准来减轻这些缺点,以确保系统精度。

标准几何体也可以产生一些遮挡。特别地,每当相机从垂直于检查表面的角度以外的任何物体观察物体时,可能存在一些不可见的区域。这产生了固有的设计权衡:当测量高度分辨率随标准几何中的摄像机角度(α)增加时,遮挡也是如此。

替代配置

反向几何配置可切换激光光源和相机的位置。利用更倾斜的激光照射角度,物体高度的给定变化会在激光线位置产生更大的偏移。这增加了标准配置的高度分辨率。并且,在摄像机垂直于测量平面的情况下,没有遮挡。

但是,对于反向几何体,对象高度更改(Z轴)会在对象的Z轴和Y轴上移动投影线。这使得解释结果变得更加复杂。因此,对于具有相对简单形状的对象,反向几何通常最有用。

3D机器视觉替代配置方案

镜面几何配置使激光和相机处于与物体相似的非法线角度。因此,对于给定的高度变化,相机比以前的任何配置都看到更大的线移动。这会产生更高的高度分辨率,但相机可以看到来自激光器的镜面反射或近镜面反射。如果它们在探测器中引起饱和或晕染,则可能产生测量误差。另一方面,较高的反射水平可能会增加黑暗或高度纹理化物体的信号水平,使其更容易测量。

此配置的较高几何复杂度也使得处理结果更加困难,使其与具有简单轮廓的对象最兼容。此外,倾斜摄像机角度会产生一些遮挡。

外观几何配置将相机和激光投影仪放置在物体表面法线的同一侧。除非物体具有高度纹理,否则这会大大降低镜面反射的几率。它适用于高反射物体。这种配置还大大降低了高度分辨率,因为相机和激光线投影仪的视点非常相似。此外,还有一些遮挡。

通过基于激光线投影的机器视觉系统实现最佳性能需要了解各种可能的系统配置中固有的权衡。最好与熟悉激光三角测量细微差别的供应商合作,以确保系统结果符合预期。

 

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