なぜ3Dビジョンが2D認識技術に取って代わるのか

2D Vision Systemsは何十年も使用されており、特定のアプリケーションでうまく機能しています。ただし、特に要件を完全に満たすことができない複雑なシナリオでは、固有の制限があります。

3Dビジョンテクノロジーの増加に伴い、これらの制限の多くが対処されています。

2D Vision SystemsはCCDまたはCMOSカメラを利用して2つの寸法データをキャプチャしますが、3D Vision Systemsは、構造化された光、レーザー三角測量、または時間- of - Flightセンサーなどのさまざまなセンサーを使用して、3つの寸法情報を収集します。

どちらのタイプのシステムも、光源、光学レンズ、画像処理ソフトウェア、通信インターフェイスなどの一般的なコンポーネントを共有していますが、視覚データのキャプチャと解釈の方法が根本的に異なります。

2Dと3Dビジョンシステムの違い、その動作原則、およびそれぞれのアプリケーション領域を調べてみましょう。

2Dビジョンシステムとは何ですか？

2Dビジョンシステムでは、キャプチャされた画像は、ターゲットの2次元（2D）表現です。これは、システムがxおよびy軸情報のみを処理し、深さまたはz -軸データがないことを意味します。

言い換えれば、2Dビジョンは、高さ情報を伝えることなく、オブジェクトの輪郭を提供することのみです。その結果、2Dビジョンには、正確な形状情報が必要なアプリケーションに制限があります。

ただし、2D Visionは、機能認識、ポジショニング、サイズの検出、バーコードの読み取り、キャラクター認識、ラベル検証、品質検査、ターゲット追跡などのよりシンプルなタスクで依然としてうまく機能します。

2Dビジョンの制限

•光感度：2Dビジョンシステムは、オブジェクトからの反射光に依存するため、周囲の光の変化や光源の変動は精度に影響を与える可能性があります。工場環境では、画像内のエッジと特徴を過度にまたは不十分な光または影が曖昧になり、検出が誤っています。

•コントラストの問題：2Dビジョンは、オブジェクトの表面のコントラストに依存します。明るすぎたり暗すぎるオブジェクトの場合、照明のセットアップが異なっていても、エッジと機能を正確にキャプチャしてシステムのパフォーマンスに影響を与えることが困難な場合があります。

•深度情報の不足：2Dビジョンはz -軸に沿って高さ情報をキャプチャできないため、ターゲットオブジェクトの高さの変動は、イメージングエラーと不正確な測定につながる可能性があります。

•複雑な3D形状を処理できない：2Dビジョンシステムは、複雑な3つの寸法形状と格闘しています。特に、タスクがXまたはYプレーンを超えて拡張する寸法を測定する必要がある場合、正確なボリューム検出やピック-および-配置操作などのタスクに適していません。

3Dビジョンの基本原則

3Dビジョンシステムは、2つの次元画像だけでなく、正確な3Dポイントクラウドも生成します。これにより、システムは空間内の各ピクセルの位置を識別できます。

これは、システムが各軸の周りの回転情報とともにX、Y、およびZ軸データをキャプチャできることを意味します。

3D視力の実装に使用される一般的な技術には、レーザー三角測量、ステレオビジョン、飛行時間、および構造化された光が含まれます。

3Dデータの処理には、2Dデータの処理よりも多くの時間、コンピューティングパワー、ソフトウェアサポートが必要です。マルチコアプロセッサ、3Dアルゴリズム、ソフトウェアツールの進歩により、3Dビジョンシステムが生産ラインスループットの要件を満たすことができます。

さらに、3Dデータを確実にキャプチャすることにより、3Dビジョンシステムは、照明、コントラスト、オブジェクト距離に対する感度など、2Dシステムの制限を克服します。

3Dビジョンの利点

3Dビジョンを使用する場合、システムは、高精度3Dデジタルモデルに基づいてオブジェクトの形状と位置を正確に処理できます。

生産ライン環境の変化やオブジェクトの表面の反射または吸収特性の影響を受けずに、オブジェクトの位置、ボリューム、角度、平坦性、および空間内の機能を正確に識別します。

これにより、システムの設計が大幅に簡素化され、複雑なパーツ処理、検出、アセンブリなど、2Dビジョンシステムができないタスクを処理するための機能を拡張します。

さらに、3D Visionは、2Dシステムが達成できないタスクに効率的でコスト-効果的なソリューションを提供します。

さまざまな3Dビジョンテクノロジーの品質とパフォーマンスには大きな違いがありますが、解像度、色、速度、精度などの要因を考慮する必要があるため、適切な技術を選択することは従来のカメラを選択するよりも複雑です。

2Dおよび3Dビジョンシステムのアプリケーション

2Dビジョンアプリケーション

• 機能認識：ロゴやパターンなどの事前定義された機能に基づいてコンポーネントを識別するために製造に使用されます。

• バーコードの読み取り：迅速な在庫管理と製品追跡のために、一般的に小売およびロジスティクスで採用されています。

• サイズ測定：深さ情報を必要とせずに、製品が指定された寸法を満たすように品質管理に適用されます。

• キャラクター認識：ドキュメント処理とOCR（光学文字認識）システムで使用して、印刷されたテキストをデジタル形式に変換します。

• ラベル検証：包装業界では、ラベルの正確性と製品への配置を確認するために重要です。

3Dビジョンアプリケーション

3Dビジョンシステムは、詳細な空間情報と複雑なデータ解釈を必要とするアプリケーションでますます採用されています。重要なアプリケーションには次のものがあります。

• 厚さと体積測定：製品仕様を確実に満たすための製造や建設などの業界では不可欠です。

• 表面欠陥検出：品質保証プロセスで採用して、製品表面の欠陥または矛盾を特定します。

• 複雑な形状認識：複雑な形状を正確に識別して処理する必要がある自動化されたアセンブリおよび製造プロセスで使用されます。

• ロボットガイダンス：正確な空間情報が必要なオブジェクトの選択や配置などのタスクにおける自律ロボットにとって重要です。

• 部品アセンブリ：正確な高さと位置データを提供し、正しいアラインメントを確保することにより、コンポーネントのアセンブリを促進します。

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