3D Pattern Matching
Bienvenue à nouveau sur le blog Clearview. Dans cette série, nous avons présenté l'appariement de motifs (pattern matching), abordé l'appariement de motifs par corrélation en niveaux de gris normalisée, puis comparé cette approche à celle, fondée sur les contours, du Geometric Model Finder.
Cette fois, nous allons voir comment l'appariement de motifs peut être reproduit à partir de données d'image issues de systèmes de vision 3D, et pourquoi les applications de vision industrielle 3D ont tout à gagner de solutions créatives comme l'appariement 3D.
Appariement de motifs 3D et appariement de motifs 2D
Comme nous l'avons expliqué jusqu'ici, le Geometric Model Finder (GMF) et la corrélation en niveaux de gris normalisée sont des outils efficaces de vision industrielle : ils s'appuient sur les valeurs de pixels en niveaux de gris d'une image 2D ou sur des contours prédéfinis pour retrouver et faire correspondre des motifs dans de nouvelles images 2D.
Mais que se passe-t-il lorsque l'on souhaite faire la même chose en imagerie 3D ?
L'appariement fondé sur la 3D permet de calculer avec précision la position d'objets et de leurs caractéristiques au sein d'un espace tridimensionnel, et peut être exploité dans des systèmes de vision industrielle pour automatiser des procédés. Cela inclut la manipulation d'objets, comme la préhension en vrac (bin-picking), et se prête particulièrement bien aux solutions robotisées.
Quels problèmes l'appariement 3D permet-il de résoudre ?
Ouvrir la porte à l'appariement 3D signifie que de très nombreux types d'objets peuvent être reconnus et localisés avec précision dans les trois dimensions. L'orientation constitue souvent le talon d'Achille de l'appariement 2D : un changement d'orientation peut faire apparaître un objet comme une forme polygonale complètement différente, alors même que sa forme réelle est identique.
Le même objet, vu sous différents angles.
Plus largement, l'appariement 3D peut transformer en profondeur les procédés industriels en automatisant des tâches généralement ingrates et répétitives, qui ne requièrent ni compétences poussées ni formation étendue. La prise et dépose (pick and place), par exemple, est une tâche qui peut être confiée à un robot – grâce à l'appariement 3D – libérant ainsi l'opérateur humain pour des missions qualifiées et à plus forte valeur ajoutée.
Mettre en place un système d'appariement de motifs 3D
Choisir une caméra pour l'appariement 3D
Par nature, l'imagerie 3D repose sur d'autres façons de visualiser les données d'image : plutôt que de définir un modèle, de le comparer à une image 2D et de travailler à partir de contours ou de valeurs de pixels, on travaille avec des nuages de points. Il vous faudra donc une caméra capable de produire des données 3D. Le type d'imagerie 3D que vous retiendrez – stéréovision, temps de vol, triangulation laser ou lumière structurée – dépendra de l'application.
Image 2D d'un bac contenant des pièces de tuyauterie en PVC
Nuage de points des mêmes tuyaux en PVC et de leur bac
Pour la préhension en vrac, par exemple, une caméra à temps de vol comme la Helios2 ToF de LUCID Vision Labs constituera le meilleur choix : robuste, adaptée à l'environnement industriel et compacte, elle atteint une précision inférieure au millimètre pour une distance de travail d'un mètre ou moins.
Configuration de la Helios2 pour la préhension en vrac 3D
Le temps de vol permet d'obtenir des informations de profondeur précises en temps réel, ce qui le rend parfaitement adapté à l'alimentation d'un algorithme d'appariement 3D, ainsi qu'à la fourniture des coordonnées nécessaires à un bras robotisé pour saisir et déposer les pièces en toute sécurité.
Une fois la caméra 3D adaptée sélectionnée et étalonnée pour votre application, elle doit être associée à un outil d'appariement de motifs 3D, qui vous permettra de créer des modèles 3D puis de retrouver ces modèles au sein d'un espace tridimensionnel.
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