Introducción a la visión artificial 3D y diferencias entre aplicaciones 2D y 3D

¿Qué es la visión artificial 3D?

La visión 3D se está volviendo más popular y generalizada en los círculos de visión artificial. ¿Por qué? Porque es una tecnología potente capaz de proporcionar mayor precisión en tareas de localización, reconocimiento e inspección en las que los sistemas de visión artificial 2D tradicionales no pueden tener éxito de forma fiable o repetible.

A medida que las aplicaciones de visión artificial se vuelven más complejas, se requieren soluciones más creativas para resolver problemas más difíciles en la visión artificial. La visión artificial 3D comprende un conjunto de tecnologías alternativas a la visión artificial 2D que tienen como objetivo procesar estos problemas con mayor profundidad y proporcionar soluciones a las dificultades que los sistemas 2D no pueden resolver.

¿Cómo determinamos la cantidad de forma fiable y repetible en este contexto?

Los sistemas de visión artificial 3D utilizan 4 formas principales de tecnología para generar imágenes tridimensionales de un objeto: visión estéreo, tiempo de vuelo (ToF), triangulación láser (perfilado 3D) y luz estructurada.

Un sistema de visión 3D profundiza la analogía de la visión artificial como los "ojos" de un sistema informático, ya que la adición de una percepción de profundidad precisa funciona de manera más similar a los ojos humanos.

La visión estéreo, por ejemplo, utiliza dos cámaras una al lado de la otra, calibradas y enfocadas en el mismo objeto para proporcionar mediciones 3D de campo de visión completo en un entorno no estructurado y dinámico, basándose en la triangulación de rayos desde múltiples perspectivas.

La triangulación láser, por el contrario, mide la alteración de un rayo láser cuando se proyecta sobre el objeto utilizando una cámara perpendicular al rayo. Mientras que la visión estéreo se puede utilizar para capturar objetos estacionarios, la triangulación láser requiere un movimiento lineal continuo, que se puede lograr con una cinta transportadora, por ejemplo. Sin embargo, esta limitación se resuelve de otras maneras, ya que la triangulación láser puede proporcionar un mapa de nube de puntos del objeto espectacularmente detallado.

Nube de puntos

Triangulación láser demostrada con la cámara Matrox AltiZ

El tiempo de vuelo (ToF), alternativamente, mide el tiempo que tarda la luz de una fuente de iluminación modulada en llegar al objeto, generando una nube de puntos basada en estos tiempos registrados.

Tiempo de vuelo demostrado con la cámara Helios2 de LUCID Vision Labs

La tecnología 3D ha permitido muchas soluciones creativas a la cuestión de la profundidad, por lo que existen diversas opciones para elegir al considerar los sistemas de visión artificial 3D. Antes de decidir cuál de las 4 principales tecnologías 3D elegir, hay que considerar aspectos en la aplicación de visión artificial prevista.

¿La visión artificial 3D es adecuada para mí?

Los sistemas 3D son intrínsecamente más complicados que los sistemas 2D, que son mucho más comunes para la mayoría de las aplicaciones, sin mencionar que son más baratos. Pero más allá del precio y la configuración, encontrará un sistema que puede lograr resultados mucho más potentes que cualquier cámara 2D.

La visión artificial 3D puede ser útil para aplicaciones que requieren mayor precisión del tamaño, la textura y la profundidad del objeto en cuestión.

Por ejemplo, la agricultura, la fabricación, la inspección y el control de calidad pueden beneficiarse de la visión 3D, pero la elección entre las tecnologías 3D dependerá en última instancia de factores como el nivel de precisión requerido, la velocidad de medición, si el objeto está fijo o en movimiento, y la reflectividad y textura de las superficies del objeto.

Para obtener más información sobre las diferencias entre las tecnologías de visión artificial 3D, consulte nuestro libro electrónico.

¿Interesado en diseñar un sistema de visión 3D? Echa un vistazo a nuestra presentación de vídeo anterior.

Sistemas de visión artificial 2D vs 3D

El sistema de visión artificial bidimensional tradicional, cuando se utiliza en conjunto con un software de biblioteca de imágenes, ha demostrado ser muy exitoso en aplicaciones como la lectura de códigos de barras, la detección de presencia y el seguimiento de objetos, y estas tecnologías solo mejoran con el tiempo.

Sin embargo, dado que las cámaras 2D simplemente toman una imagen de la luz reflejada por el objeto, los cambios en la iluminación pueden tener efectos adversos en la precisión al tomar mediciones. Demasiada luz puede crear una toma sobreexpuesta, lo que provoca el sangrado de la luz o bordes borrosos del objeto, y una iluminación insuficiente puede afectar negativamente la claridad de los bordes y las características que aparecen en la imagen bidimensional.

En aplicaciones donde la iluminación no se puede controlar fácilmente y, por lo tanto, no se puede alterar para corregir la toma, esto crea un problema dentro de los sistemas de visión artificial 2D.

Texto negro sobre un objeto negro: los sistemas 3D en conjunto con el procesamiento de imágenes 2D pueden resolver este problema

Las cámaras de visión artificial 3D pueden compensar esto al tener la capacidad de registrar información de profundidad precisa, generando así una nube de puntos, que es un objeto muy superior en términos de precisión.

Cada píxel del objeto se contabiliza en el espacio, y se proporciona al usuario datos del plano X, Y y Z, así como los datos de rotación correspondientes para cada uno de los ejes.

Esto hace que la visión artificial 3D sea una opción excepcional en comparación con la 2D en el contexto de aplicaciones que implican dimensionamiento, gestión del espacio, medición de espesores, detección de superficies en el eje Z y control de calidad que implica profundidad. El procesamiento tradicional de imágenes 2D aún se puede utilizar con las imágenes recopiladas, creando una solución implementable para muchos problemas de visión artificial.

Para obtener más información sobre lo anterior, no dude en consultar nuestro libro electrónico informativo sobre Técnicas de imagen 3D. Las especificaciones para diferentes soluciones de imagen 3D se pueden encontrar en las hojas de datos de nuestras cámaras, disponibles en nuestro sitio web para ayudarlo a tomar la decisión al elegir el modelo de cámara de visión artificial 3D óptimo para su aplicación industrial.