一、3D相機設備簡(jiǎn)介       

3D相機是一種可以捕捉空間環(huán)境的攝像頭裝置。它采用一種數字技術(shù)，稱(chēng)為立體攝影術(shù)，可以捕捉照片中位置和尺度信息。3D相機不僅可以捕捉畫(huà)面，還可以讓用戶(hù)建立虛擬環(huán)境或是做3D掃描。3D相機可以用于建筑和工程設計，安防和動(dòng)畫(huà)，以及其他虛擬現實(shí)應用。       

3D相機在工業(yè)領(lǐng)域有很多應用。3D相機可以用來(lái)進(jìn)行自動(dòng)、遠程和無(wú)需接觸的檢測，幫助企業(yè)避免錯誤、節約開(kāi)支、提高效率。它可用于質(zhì)量檢查、產(chǎn)品檢測、重量測定、機械識別等。此外，它還可以用于對特定對象的視覺(jué)定位和跟蹤、機械仿真和機器人計算機視覺(jué)應用、工業(yè)場(chǎng)景的深入建模、物體的精準定位與測量等。

二、3D相機分類(lèi)       

根據原理分類(lèi)：根據相機中所采用的3D成像原理，可以將3D相機分為結構光相機、時(shí)間飛行相機、立體視覺(jué)相機和雙目立體相機等。 

1）結構光3D相機       

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

2）TOF（Time-of-flight）3D相機       

采用發(fā)送和接收光脈沖的方式，通過(guò)測量脈沖的往返時(shí)間來(lái)確定物體與相機的距離。其核心技術(shù)是時(shí)間測量和光信號處理，常用于物體長(cháng)度、寬度和高度的測量。

3）雙目或多目立體視覺(jué)3D相機       

由兩個(gè)或多個(gè)攝像頭組成，通過(guò)計算攝像頭之間的視差，來(lái)確定物體的深度信息。其核心技術(shù)是圖像處理和計算機視覺(jué)，常用于機器人導航、人臉識別和障礙物檢測等應用。

4）全景3D相機       

將多個(gè)3D相機組合在一起，可以同時(shí)獲取物體的外形和內部結構信息。其核心技術(shù)是相機控制和數據處理，常用于數字孿生技術(shù)、虛擬現實(shí)和增強現實(shí)等應用。       

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

三、3D相機在生產(chǎn)制造領(lǐng)域的應用

1）3D點(diǎn)云應用（空間測量應用）       

該技術(shù)原理主要是利用3D相機獲取物體的深度信息并轉換成三維坐標系的點(diǎn)云數據，通過(guò)點(diǎn)云數據的處理和分析實(shí)現物體的空間測量。通過(guò)三維相機的掃描和分析，產(chǎn)品的質(zhì)量可以快速、準確地檢測出來(lái)，從而避免了人工檢測的誤差和浪費。例如，3D相機可以精確測量工件的三維幾何尺寸和形態(tài)，以便進(jìn)行機械加工和裝配。

       2）表面測量應用       

該技術(shù)原理主要是利用3D相機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)現物體表面的精確測量，從而得到其幾何形狀、表面曲率、大小等詳細信息。例如，可以快速、準確地檢測工件表面的缺陷、損傷和瑕疵等質(zhì)量問(wèn)題，以便及時(shí)采取措施進(jìn)行修復或調整。

3）立體視覺(jué)應用       

3D相機可以利用雙目視覺(jué)原理或者結構光原理等技術(shù)，實(shí)現立體視覺(jué)，通過(guò)對物體的深度信息進(jìn)行捕捉、識別和處理，用于機器視覺(jué)、物體定位、抓取和識別等方面。例如，在電子制造領(lǐng)域，3D相機可以捕捉和識別物體的形狀和位置信息，實(shí)現自動(dòng)化的零件定位和裝配。

4）3D掃描和建模       

3D相機可以?huà)呙栉矬w表面并生成三維模型，用于數字化設計和工程分析。例如，在航空航天領(lǐng)域，使用3D相機可以快速掃描飛機部件并生成數字化模型，從而進(jìn)行工程分析和優(yōu)化。

5）機器人導航       

通過(guò)3D相機的雙目立體視覺(jué)，計算機器人與障礙物之間的距離和視角等信息，實(shí)現機器人的自主導航。

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

四、3D相機的選型       

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

激光掃描儀的優(yōu)勢在于精度高，可以達到亞毫米級別，適用于高精度的應用場(chǎng)景，如汽車(chē)模具、航空模型等。劣勢在于掃描速度較慢，不太適合大規模的生產(chǎn)線(xiàn)應用。造價(jià)一般較高，數千美元到數十萬(wàn)美元不等，視精度和應用場(chǎng)景而定。         

結構光掃描儀的優(yōu)勢在于掃描速度快，可以達到幾十秒到幾分鐘內完成掃描，適用于大規模生產(chǎn)線(xiàn)的應用場(chǎng)景。劣勢在于精度相對激光掃描儀較低，一般達到毫米級別。造價(jià)相對較低，數百到數千美元不等，視精度和應用場(chǎng)景而定。

出自《智能制造趨勢》公眾號