Einführung in die 3D-Bildverarbeitung und Unterschiede zwischen 2D- und 3D-Anwendungen

Was ist 3D-Bildverarbeitung?

3D-Vision wird in Bildverarbeitungskreisen immer beliebter und verbreiteter. Warum? Weil es sich um eine leistungsstarke Technologie handelt, die eine höhere Genauigkeit bei Lokalisierungs-, Erkennungs- und Inspektionsaufgaben bietet, bei denen herkömmliche 2D-Bildverarbeitungssysteme nicht zuverlässig oder reproduzierbar erfolgreich sein können.

Da Bildverarbeitungsanwendungen immer komplexer werden, sind kreativere Lösungen erforderlich, um schwierigere Probleme in der Bildverarbeitung zu lösen. Die 3D-Bildverarbeitung umfasst einen alternativen Satz von Technologien zur 2D-Bildverarbeitung, die darauf abzielen, diese Probleme eingehender zu bearbeiten und Lösungen für Schwierigkeiten zu liefern, die 2D-Systeme nicht lösen können.

Wie bestimmen wir in diesem Zusammenhang zuverlässig und wiederholbar die Quantität?

3D-Bildverarbeitungssysteme verwenden 4 Haupttechnologien, um dreidimensionale Bilder eines Objekts zu erzeugen: Stereovision, Time of Flight (ToF), Lasertriangulation (3D-Profilierung) und strukturiertes Licht.

Ein 3D-Vision-System vertieft die Analogie der Bildverarbeitung als „Augen“ eines Computersystems, da die genaue Tiefenwahrnehmung den menschlichen Augen ähnlicher ist.

Die Stereovision nutzt beispielsweise zwei nebeneinander angeordnete Kameras, die kalibriert und auf dasselbe Objekt fokussiert sind, um basierend auf der Triangulation von Strahlen aus mehreren Perspektiven vollständige 3D-Messungen des Sichtfelds in einer unstrukturierten und dynamischen Umgebung zu liefern.

Die Lasertriangulation hingegen misst die Veränderung eines Laserstrahls, wenn dieser auf das Objekt projiziert wird, wobei eine Kamera senkrecht zum Strahl verwendet wird. Während die Stereovision zur Erfassung stationärer Objekte verwendet werden kann, erfordert die Lasertriangulation eine kontinuierliche lineare Bewegung, die beispielsweise mit einem Förderband erreicht werden kann. Diese Einschränkung wird jedoch auf andere Weise gelöst, da die Lasertriangulation eine spektakulär detaillierte Punktwolkenkarte des Objekts liefern kann.

Punktwolke

Lasertriangulation, demonstriert mit der Matrox AltiZ Kamera

Time of Flight (ToF) misst alternativ die Zeit, die das Licht einer modulierten Beleuchtungsquelle benötigt, um das Objekt zu erreichen, und erzeugt basierend auf diesen aufgezeichneten Zeiten eine Punktwolke.

Time of Flight, demonstriert mit der Helios2 Kamera von LUCID Vision Labs

Die 3D-Technologie hat viele kreative Lösungen für die Tiefenfrage ermöglicht, und so gibt es eine Vielzahl von Optionen, aus denen man bei der Betrachtung von 3D-Bildverarbeitungssystemen wählen kann. Bevor Sie sich für eine der 4 wichtigsten 3D-Technologien entscheiden, gibt es Dinge zu beachten in Ihrer beabsichtigten Bildverarbeitungsanwendung.

Ist die 3D-Bildverarbeitung das Richtige für mich?

3D-Systeme sind von Natur aus komplizierter als 2D-Systeme, die für die meisten Anwendungen wesentlich häufiger und nicht zuletzt günstiger sind. Aber wenn man über den Preis und die Einrichtung hinwegsieht, findet man ein System, das weitaus leistungsfähigere Ergebnisse erzielen kann als jede 2D-Kamera.

Die 3D-Bildverarbeitung kann für Anwendungen nützlich sein, die eine höhere Genauigkeit der Größe, Textur und Tiefe des betreffenden Objekts erfordern.

Zum Beispiel können Landwirtschaft, Fertigung, Inspektion und Qualitätskontrolle alle von 3D-Vision profitieren, aber die Entscheidung zwischen 3D-Technologien hängt letztendlich von Faktoren wie der erforderlichen Genauigkeit, der Messgeschwindigkeit, ob Ihr Objekt fest oder beweglich ist und der Reflektivität und Textur der Oberflächen Ihres Objekts ab.

Für weitere Informationen zu den Unterschieden zwischen 3D-Bildverarbeitungstechnologien werfen Sie einen Blick in unser E-Book.

Interessiert an der Entwicklung eines 3D-Vision-Systems? Schauen Sie sich unsere Video-Präsentation oben an.

2D- vs. 3D-Bildverarbeitungssysteme

Das traditionelle zweidimensionale Bildverarbeitungssystem in Verbindung mit einer Bildverarbeitungsbibliothek hat sich bei Anwendungen wie der Barcode-Lesung, der Anwesenheitserkennung und der Objektverfolgung als sehr erfolgreich erwiesen, und diese Technologien werden mit der Zeit immer besser.

Da 2D-Kameras jedoch einfach ein Bild des vom Objekt reflektierten Lichts aufnehmen, können Änderungen der Beleuchtung nachteilige Auswirkungen auf die Genauigkeit bei Messungen haben. Zu viel Licht kann zu einer überbelichteten Aufnahme führen, was zu Lichtstreuung oder unscharfen Kanten des Objekts führt, und unzureichende Beleuchtung kann die Klarheit von Kanten und Merkmalen, die auf dem 2D-Bild erscheinen, nachteilig beeinflussen.

In Anwendungen, in denen die Beleuchtung nicht einfach gesteuert und daher nicht zur Korrektur der Aufnahme verändert werden kann, entsteht ein Problem innerhalb von 2D-Bildverarbeitungssystemen.

Schwarzer Text auf einem schwarzen Objekt: 3D-Systeme in Verbindung mit 2D-Bildverarbeitung können dieses Problem lösen

3D-Bildverarbeitungskameras können dies ausgleichen, indem sie in der Lage sind, genaue Tiefeninformationen aufzuzeichnen und so eine Punktwolke zu erzeugen, die ein weitaus genaueres Objekt darstellt.

Jedes Pixel des Objekts wird im Raum berücksichtigt, und dem Benutzer werden X-, Y- und Z-Ebenendaten sowie die entsprechenden Rotationsdaten für jede Achse zur Verfügung gestellt.

Dies macht die 3D-Bildverarbeitung zu einer außergewöhnlichen Option im Vergleich zu 2D in Anwendungen, die Dimensionierung, Raumverwaltung, Dickenmessung, Z-Achsen-Oberflächenerkennung und Qualitätskontrolle mit Tiefeninformationen umfassen. Herkömmliche 2D-Bildverarbeitung kann immer noch mit den gesammelten Bildern verwendet werden, wodurch eine umsetzbare Lösung für viele Bildverarbeitungsprobleme geschaffen wird.

Für weitere Informationen zu den oben genannten Punkten können Sie gerne unser informatives E-Book über 3D-Bildgebungsverfahren konsultieren. Spezifikationen für verschiedene 3D-Bildgebungslösungen finden Sie in den Datenblättern unserer Kameras, die auf unserer Website verfügbar sind, um Ihnen bei der Entscheidung für das optimale 3D-Bildverarbeitungskameramodell für Ihre industrielle Anwendung zu helfen.