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新一代结构光3D相机介绍

新一代结构光3D相机介绍

2021/12/2 15:45:36

结构光3D相机,一般指采用多幅条纹光栅(图1),即先通过光栅投射模组(图2)按照时间序列依次投射在被测物体表面(图3),再通过双目对物体表面的光栅进行拍照,基于事先编码规则进行解码和双目视差匹配,从而获得高精度的3D点云。

由于结构光3D相机采用了多幅光栅进行编码,原理上编码精度可精细到1个像素甚至亚像素,相比其它原理的点云质量和精度会更好一些,已逐渐成为业内主流。

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▲ 图1:基于时间编码的结构光光栅示意图

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▲ 图2:光栅投射模组光路示意图

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▲ 图3:结构光3D相机结构示意图

| 结构光3D相机点云成像质量的关键

在工业应用中,光栅编码质量是影响结构光3D相机点云质量的关键。在机械臂臂展小于1.5m的场景下,适配的结构光3D相机幅面小,较弱的环境光对光栅的影响也往往较小。在大视野下(和臂展大于2m的机械臂配合),较强的环境光强对光栅的影响较大(图4),从而导致光栅亮暗对比度不明显,即信噪比低(有效光栅信号和环境光噪声的比值)。因此,提高光栅投射亮度是高信噪比的关键。

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▲ 图4:3880lux环境光强对光栅编码和点云质量的影响对比

光栅投射模组(光机),本质上是一种专用的投影仪,其性能受核心芯片DLP/DMD的影响。DLP/DMD在国际上仅德州仪器TI公司生产,按照工业级DLP/DMD芯片分类:在0.45英寸DMD以下一般采用LED光源(用于照明),DLP芯片支持的LED光源的功率有限,会导致亮度存在瓶颈;在0.65英寸DMD以上属于工业投影范畴,支持极高的光源功率。因此,采用0.65英寸以上的DMD设计的结构光3D相机在工业环境下抗环境光干扰更强,点云质量更佳。

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▲ 图5:DLP/DMD芯片系列

| 激光结构光3D相机

熵智科技自研的激光结构光3D相机(图6)的光栅投射模组(图7),采用0.65英寸DLP/DMD芯片,支持高亮度光源;采用近100瓦的激光光源,经十多片光学镜片进行光学整形,投射出的光栅可适应4000lux的环境光强。

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▲ 图6:激光结构光3D相机

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▲ 图7:熵智自研的激光结构光光栅投射模组

| 激光结构光3D相机常见应用场景

激光结构光3D相机广泛应用于零部件无序抓取、坡口切割等大视野3D视觉引导机器人场景。

零部件抓取场景

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▲ 图8:零部件抓取场景示意图

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▲ 图9:激光光栅投射到无序棒料表面及3D点云

钢板坡口切割场景

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▲ 图10:钢板坡口切割场景示意图

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▲ 图11:切坡口工件点云及提取的轮廓

关于熵智科技

熵智科技(深圳)有限公司,拥有底层成像系统和算法开发能力,软硬件一体化,致力于通过高性能的成像技术解决机器人柔性化、微纳级检测与测量等问题。国家高新技术企业、拥有自主知识产权的高性能相机和与工艺相匹配的智能算法、团队具有完备的全栈能力,在切割、焊接、无序抓取的智能化产品上拥有强大的产品力。

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李娜
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