一、3D相機(jī)設(shè)備簡介       

3D相機(jī)是一種可以捕捉空間環(huán)境的攝像頭裝置。它采用一種數(shù)字技術(shù)，稱為立體攝影術(shù)，可以捕捉照片中位置和尺度信息。3D相機(jī)不僅可以捕捉畫面，還可以讓用戶建立虛擬環(huán)境或是做3D掃描。3D相機(jī)可以用于建筑和工程設(shè)計(jì)，安防和動(dòng)畫，以及其他虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用。       

3D相機(jī)在工業(yè)領(lǐng)域有很多應(yīng)用。3D相機(jī)可以用來進(jìn)行自動(dòng)、遠(yuǎn)程和無需接觸的檢測(cè)，幫助企業(yè)避免錯(cuò)誤、節(jié)約開支、提高效率。它可用于質(zhì)量檢查、產(chǎn)品檢測(cè)、重量測(cè)定、機(jī)械識(shí)別等。此外，它還可以用于對(duì)特定對(duì)象的視覺定位和跟蹤、機(jī)械仿真和機(jī)器人計(jì)算機(jī)視覺應(yīng)用、工業(yè)場(chǎng)景的深入建模、物體的精準(zhǔn)定位與測(cè)量等。

二、3D相機(jī)分類       

根據(jù)原理分類：根據(jù)相機(jī)中所采用的3D成像原理，可以將3D相機(jī)分為結(jié)構(gòu)光相機(jī)、時(shí)間飛行相機(jī)、立體視覺相機(jī)和雙目立體相機(jī)等。 

1）結(jié)構(gòu)光3D相機(jī)       

采用投射光條的方式，通過對(duì)被拍攝物體上的紋理進(jìn)行匹配，來獲取物體表面的深度信息。其核心技術(shù)是結(jié)構(gòu)光投影和紋理匹配，常用于測(cè)量物體表面輪廓、三維形狀和體積等信息。2）TOF（Time-of-flight）3D相機(jī)

2）TOF（Time-of-flight）3D相機(jī)       

采用發(fā)送和接收光脈沖的方式，通過測(cè)量脈沖的往返時(shí)間來確定物體與相機(jī)的距離。其核心技術(shù)是時(shí)間測(cè)量和光信號(hào)處理，常用于物體長度、寬度和高度的測(cè)量。

3）雙目或多目立體視覺3D相機(jī)       

由兩個(gè)或多個(gè)攝像頭組成，通過計(jì)算攝像頭之間的視差，來確定物體的深度信息。其核心技術(shù)是圖像處理和計(jì)算機(jī)視覺，常用于機(jī)器人導(dǎo)航、人臉識(shí)別和障礙物檢測(cè)等應(yīng)用。

4）全景3D相機(jī)       

將多個(gè)3D相機(jī)組合在一起，可以同時(shí)獲取物體的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息。其核心技術(shù)是相機(jī)控制和數(shù)據(jù)處理，常用于數(shù)字孿生技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等應(yīng)用。       

除了上述“根據(jù)原理分類”的方法，還可以根據(jù)工作原理分類：根據(jù)3D相機(jī)的圖像采集方式和處理方式來分類，可以將3D相機(jī)分為光學(xué)3D相機(jī)、掃描3D相機(jī)和激光3D相機(jī)等；根據(jù)輸出格式分類：根據(jù)3D相機(jī)所輸出的格式不同，可以將3D相機(jī)分為點(diǎn)云型3D相機(jī)、矢量型3D相機(jī)和三角面型3D相機(jī)等。

三、3D相機(jī)在生產(chǎn)制造領(lǐng)域的應(yīng)用

1）3D點(diǎn)云應(yīng)用（空間測(cè)量應(yīng)用）       

該技術(shù)原理主要是利用3D相機(jī)獲取物體的深度信息并轉(zhuǎn)換成三維坐標(biāo)系的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，通過點(diǎn)云數(shù)據(jù)的處理和分析實(shí)現(xiàn)物體的空間測(cè)量。通過三維相機(jī)的掃描和分析，產(chǎn)品的質(zhì)量可以快速、準(zhǔn)確地檢測(cè)出來，從而避免了人工檢測(cè)的誤差和浪費(fèi)。例如，3D相機(jī)可以精確測(cè)量工件的三維幾何尺寸和形態(tài)，以便進(jìn)行機(jī)械加工和裝配。

       2）表面測(cè)量應(yīng)用       

該技術(shù)原理主要是利用3D相機(jī)獲取物體的表面幾何信息，包括表面的形狀、大小、輪廓等，實(shí)現(xiàn)物體表面的精確測(cè)量，從而得到其幾何形狀、表面曲率、大小等詳細(xì)信息。例如，可以快速、準(zhǔn)確地檢測(cè)工件表面的缺陷、損傷和瑕疵等質(zhì)量問題，以便及時(shí)采取措施進(jìn)行修復(fù)或調(diào)整。

3）立體視覺應(yīng)用       

3D相機(jī)可以利用雙目視覺原理或者結(jié)構(gòu)光原理等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)立體視覺，通過對(duì)物體的深度信息進(jìn)行捕捉、識(shí)別和處理，用于機(jī)器視覺、物體定位、抓取和識(shí)別等方面。例如，在電子制造領(lǐng)域，3D相機(jī)可以捕捉和識(shí)別物體的形狀和位置信息，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的零件定位和裝配。

4）3D掃描和建模       

3D相機(jī)可以掃描物體表面并生成三維模型，用于數(shù)字化設(shè)計(jì)和工程分析。例如，在航空航天領(lǐng)域，使用3D相機(jī)可以快速掃描飛機(jī)部件并生成數(shù)字化模型，從而進(jìn)行工程分析和優(yōu)化。

5）機(jī)器人導(dǎo)航       

通過3D相機(jī)的雙目立體視覺，計(jì)算機(jī)器人與障礙物之間的距離和視角等信息，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的自主導(dǎo)航。

在技術(shù)原理上，基于3D相機(jī)的空間測(cè)量應(yīng)用主要是通過獲取物體的深度信息，計(jì)算物體在三維空間中的精確位置和尺寸。而立體視覺應(yīng)用則是通過利用兩個(gè)或多個(gè)相機(jī)采集到的圖像，來判斷物體在三維空間中的位置和距離。兩者都需要進(jìn)行圖像處理和計(jì)算，來獲取物體的空間信息。但是，基于3D相機(jī)的空間測(cè)量應(yīng)用更注重測(cè)量精度和精確度，而立體視覺應(yīng)用更注重形態(tài)重建和表征。另外，立體視覺應(yīng)用中還需要進(jìn)行圖像匹配和立體匹配算法，以獲取更準(zhǔn)確的三維空間信息。

四、3D相機(jī)的選型       

工業(yè)制造領(lǐng)域，在不同的應(yīng)用場(chǎng)景選擇哪種3D相機(jī)應(yīng)該根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景和精度要求而定，平衡精度和成本。       

激光掃描儀的優(yōu)勢(shì)在于精度高，可以達(dá)到亞毫米級(jí)別，適用于高精度的應(yīng)用場(chǎng)景，如汽車模具、航空模型等。劣勢(shì)在于掃描速度較慢，不太適合大規(guī)模的生產(chǎn)線應(yīng)用。造價(jià)一般較高，數(shù)千美元到數(shù)十萬美元不等，視精度和應(yīng)用場(chǎng)景而定。         

結(jié)構(gòu)光掃描儀的優(yōu)勢(shì)在于掃描速度快，可以達(dá)到幾十秒到幾分鐘內(nèi)完成掃描，適用于大規(guī)模生產(chǎn)線的應(yīng)用場(chǎng)景。劣勢(shì)在于精度相對(duì)激光掃描儀較低，一般達(dá)到毫米級(jí)別。造價(jià)相對(duì)較低，數(shù)百到數(shù)千美元不等，視精度和應(yīng)用場(chǎng)景而定。

出自《智能制造趨勢(shì)》公眾號(hào)