SICK 3D机器视觉原理及应用

• 关键词：SICK,机器视觉,3D相机
• 摘要：3D视觉产品提供了2D视觉不能获取的高度信息，给很多检测需求带来了可行性，诸如相对高度，体积计算，物体表面平面度和厚度测量以及机器人的无序抓取等等，从而开拓了视觉的检测领域，也大大的刺激了3D技术的革新。随着3D视觉越来越成熟，在发展的过程中，涌现出了很多种原理的新技术产品，其中主要有：激光三角测量原理、时间飞行原理（TOF）、结构光原理以及双目视觉原理。

3D视觉产品提供了2D视觉不能获取的高度信息，给很多检测需求带来了可行性，诸如相对高度，体积计算，物体表面平面度和厚度测量以及机器人的无序抓取等等，从而开拓了视觉的检测领域，也大大的刺激了3D技术的革新。随着3D视觉越来越成熟，在发展的过程中，涌现出了很多种原理的新技术产品，其中主要有：激光三角测量原理、时间飞行原理（TOF）、结构光原理以及双目视觉原理。

SICK作为全球性的为工业领域提供完整解决方案的专业传感器供应商，亦深耕3D产品多年，为需求市场也带来了一系列出色的3D产品和解决方案。

（SICK 3D相机原理示意图）

下面我们来聊一聊SICK 3D机器视觉原理和其对应的产品与应用。

目录

🔹 激光三角测量原理、相关产品及典型应用场景

🔹 时间飞行原理（TOF）、相关产品及典型应用场景

🔹 结构光原理、相关产品及典型应用场景

🔹 双目视觉原理、相关产品及典型应用场景

激光三角测量原理

激光三角测量原理是测量系统向物体投射一条光束，由于物体表面高度的不同，导致相机接受到的光束在图像上的行数不同，从而根据变换关系获取激光线表面高度信息（即剖面数据）。通过测量系统与物体的相对移动，完成不同位置的剖面收集，进而拼接生成3D图像。

SICK 3D激光三角测量的系列产品及特点：

1. Trispector/TrispectorP

🔸 智能/可编程的一体式3D 相机

🔸 相机可进行图像处理，便于嵌入应用，同时支持输出图像功能

2. RulerX/RulerXC/RulerXR/Ruler3000系列（一体式3D相机）和Ranger3系列（分体式3D相机）

🔸 采用 ROCC 技术的SICK M30 CMOS新一代传感器

🔸 采样频率：全幅模式可达7 KHz, AOI模式可达46 KHz

🔸 可同时提供高度图、反射图和漫反射图多种图像数据 

典型使用场景如下：

时间飞行原理（TOF）

时间飞行原理（TOF）是通过发射光脉冲（一般为不可见光，即红外光）到被观测物体上，然后物体反射回的光脉冲被相机捕捉。通过探测光脉冲从发射到接收之间的飞行（往返）时间来计算相机与被测物体之间的距离。

SICK 时间飞行(TOF)的相关产品系列产品及特点：

1. Visionary-T：

🔸 每秒拍摄多达 50幅 3D 图像

🔸 每次拍摄 144 x 176 像素

🔸 抗环境光干扰能力：高达50K lux

🔸 防护等级：IP67

2. Visionary-T Mini：

🔸 高分辨率500 X 400pixels

🔸 传输速率高达 30帧/S

🔸 3D点云智能过滤功能

🔸 防护等级：IP67 & IP69K

🔸 工作环境温度-10℃...+50℃

客户受益：

✅ 紧凑型外观设计

✅ 过滤可提高数据质量，提高表现性能

✅ 易于设置和配置，适用于广泛的应用

✅ 基于AppSpace平台开发各种应用APP

典型使用场景如下：

1. 防碰撞：

检测地面上的物体，例如显示的载人叉车或起重机

2. 码垛和拆垛：

检测可用和占用区域，以控制和优化托盘处理解决方案

3. 物体检测：

用于在高架仓库装卸任务中检测托盘的准确位置，以及AGV小车的拾取位置

4. 机器人引导：

检测自动取放应用的盒子位置和可放置空间位置

5. 自动行李托运：

在自动落袋柜台检测袋子的体积；在图中，由于没有按下箱子的把手，因此超出了允许的尺寸

6. 质量检查：

通过将图像与预定义模型进行比较以识别不适当的状况，从而检测不良偏差；在图像中，座椅上有一把螺丝刀

结构光原理

结构光原理是向物体投射出黑白相间的结构性光束，这些光束由于物体表面形状的不同而产生变形，表现在图像中则是结构性光束发生了变形和扭曲，即高差变化和不连续，高差变化的程度用于计算深度，不连续则显示出了物体表面的物理间隙，进而计算出物体的位置和深度等信息，最终复现三维空间。

SICK的Visionary-S系列硬件使用2个IR相机和1个RGB相机。将结构光照明与成熟的彩色摄像技术相结合，实时提供彩色深度图像（即包含三维坐标和RGB信息的点云数据）。使用多相机不同角度拍摄场景的两幅图像叠加在一起，使复现的图像更准确，质量更佳。

SICK 3D结构光的系列产品及特点：

Visionary-S系列：

🔸 每秒多达 30张 彩色深度 图像

🔸 分辨率：640px * 512px；

🔸 更大的视野范围：60°* 50°；检测距离：0.5 ~ 6.5m

🔸 抗干扰能力更强：可在黑暗和最大 40k lx 的环境光下工作

🔸 温度范围：0℃ ... 50℃（取决于外壳）；防护等级：IP67

🔸 HDR 模式

典型使用场景如下：

双目视觉原理

双目视觉原理根据通过两个镜头平行拍摄物体，并将影像叠合，处理单元根据已知的焦距和镜头之间距离推算出物体与传感器之间的深度信息，类似人眼感知物体距离的原理。后续又发展衍生多目视觉系统。

通常分为如下过程：

传感器头捕获原始 3D 数据，评估单元以类似于大脑的方式进行编程解读，以分析和处理传感器头所看到的内容，并解析创建出深度图像。这种工作原理使得SICK先进的Visionary-B 特别适合作为户外应用的 3D 系统。

SICK 3D双目视觉的系列产品及特点：

Visionary-B系列：

🔸 距离值：250 × 496 像素以及 2D 图像：544 × 828像素

🔸 更大温度范围：从 −40℃ 至 +75℃

🔸 专为恶劣的户外环境设计：IP69K防护等级。可在强烈的阳光、雨水下工作。

🔸 智能图像处理：物体的分类和定位

🔸 二合一解决方案：每秒各八幅 3D 图像和 2D 图像

🔸 可进行近来几小时的活动记录

SICK是工业用智能传感器和传感技术解决方案的主要制造商之一。拥有以上不同成像原理的高性能的3D相机系列产品，适用于不同行业的不同应用场合。我们在各行各业拥有着丰富的经验，会根据客户的需求测试并优化系统解决方案。SICK 是值得您信赖的供应商和研发合作伙伴！

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