浅谈从1D视觉系统到3D机器视觉系统

1D视觉系统

 1D视觉每次分析一条扫描线的数字信号，而不是马上查看整个图像，如评估新采集的10条扫描线组与先前采集的扫描线组之间的差异。如下图所示，这种技术通常用于在连续制造流程中检测所生产的材料（如纸张、金属、塑料和其他非纺织片材或卷材）是否存在缺陷，并对缺陷进行分类。

▲ 在流程持续运行的过程中，1D视觉系统每次扫描一条线，在上面的示例中，一维视觉系统检测到该片材的一个缺陷

2D视觉系统

大多数常见的检测相机执行的都是面阵扫描，如下图所示，需要采集不同分辨率的2D快照。另一种类型的2D机器视觉执行的也是线扫描，如下面的图12所示，通过线扫描创建一个二维图像。

▲ 2D视觉系统可以生成不同分辨率的图像

▲ 线扫描技术是指通过每次扫描一条线来创建2D图像

面阵扫描与线扫描

在某些应用中，相比面阵扫描系统，线扫描系统具有特定的优势。举例来说，检测圆形或柱形元件时，可能需要使用多台面阵扫描相机，才能覆盖到元件的整个表面。但如果我们将元件置于一台线扫描相机前面，然后旋转元件，通过这种方式将图像展开，我们可以采集到整个表面的图像。而且，线扫描相机也更容易安装到狭小的应用空间，举例来说，在相机必须通过输送带上的滚轴来查看元件底部的情况下。另外，相比传统相机，线扫描系统通常也能够提供高得多的分辨率。由于线扫描系统需要元件进行运动来创建图像，它们通常非常适合用于检测处于连续运动状态的产品。

▲ 线扫描相机能够：（a.）展开柱形物品以进行检测，（b.）将视觉系统安装到空间狭小的应用环境中，（c.）满足高分辨率检测要求，以及（d.）检测处于连续运动状态的物品

3D视觉系统

3D机器视觉系统通常由多台相机或者一台或多台激光位移传感器组成。在机器人引导应用中，由多台相机组成的3D视觉系统能够向机器人提供元件方位信息。这类系统需要将多台相机安装在不同的位置，在3D空间内，在物品位置上对物品形成“三角”包围状态。

▲ 3D视觉系统通常采用多台相机

▲ 仅采用一台相机的3D检测系统

相比之下，3D激光位移传感器应用通常包括表面检测和体积测量，仅使用一台相机就可以提供3D检测结果。通过物品上反射的激光位置位移来生成高度图。与线扫描技术相似的是，使用这种技术时，必须移动物品或相机，才能扫描到整个产品。位移传感器配备有已标定的位移激光器，能够测量表面高度和平面等参数，并且可达到20μm级精度。上面的图15显示了一台3D激光位移传感器，正在检测刹车片表面是否存在缺陷。