利用3D表面定向，特別是它對(duì)反射光的影響，工業(yè)應(yīng)用的光度立體產(chǎn)生對(duì)比度圖像，突出了局部3D表面變化。

由于有了專門(mén)的新算法，人們?cè)絹?lái)越意識(shí)到良好的照明對(duì)于機(jī)器視覺(jué)的成功的必要性，以及低成本的多光解決方案，這項(xiàng)技術(shù)越來(lái)越受到關(guān)注。

光度立體技術(shù)可以在合成皮革等紋理表面上顯示表面缺陷。

真實(shí)世界的物體有三個(gè)維度：高度，寬度和深度。為了使機(jī)器人等自動(dòng)化系統(tǒng)成功運(yùn)行，他們需要能夠“看到”這三個(gè)維度。它們通過(guò)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)提供這種“視覺(jué)”功能，其包括相機(jī)，照明和用于圖像處理的PC。

然而，減少必須處理正確定位和分析對(duì)象數(shù)據(jù)量是機(jī)器視覺(jué)行業(yè)面臨的最重要的挑戰(zhàn)之一。

為了縮小數(shù)據(jù)，機(jī)器視覺(jué)設(shè)計(jì)師將使用濾鏡，燈光和黑白相機(jī)。這些涉及彩色機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用。由此產(chǎn)生的灰度圖像可以更快地處理，因?yàn)樗鼈儼^少的數(shù)據(jù)。

同樣，工程師將開(kāi)發(fā)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)和機(jī)械夾具，以便使用2D機(jī)器視覺(jué)解決方案解決傳統(tǒng)的3D應(yīng)用。

采用當(dāng)今的微處理器，現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列（FPGA）和圖形處理器單元（GPU），設(shè)計(jì)人員可以獲得更高的處理能力。但是，處理能力仍然是有限的。用于3D應(yīng)用的最具成本效益的解決方案可以通過(guò)已知具有“光度立體聲”的新生機(jī)器視覺(jué)技術(shù)來(lái)提供。

3D視覺(jué)概覽

通過(guò)負(fù)擔(dān)得起的處理能力，減少了減少彩色和3D應(yīng)用所需數(shù)據(jù)量的需求。

通過(guò)用于基于傳送器的3D系統(tǒng)的集成激光三角測(cè)量系統(tǒng)提供了一個(gè)示例，該系統(tǒng)通過(guò)廉價(jià)的數(shù)據(jù)處理、激光和光學(xué)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在創(chuàng)建3D對(duì)象映射的過(guò)程中每秒能夠生成數(shù)萬(wàn)個(gè)2D輪廓。

另一種選擇是由新的飛行時(shí)間相機(jī)提供。它們?yōu)楦鞣N應(yīng)用提供低分辨率3D地圖，沒(méi)有激光照射的安全風(fēng)險(xiǎn)。

對(duì)于面積更大的3D項(xiàng)目，通過(guò)在機(jī)器人的末端安裝單個(gè)相機(jī)攝影測(cè)量系統(tǒng)，可以從不同位置拍攝同一物體的多幅照片。

使用這些圖像，可以基于相機(jī)和對(duì)象之間的預(yù)定幾何關(guān)系來(lái)計(jì)算圖像中的每個(gè)像素的3D位置。關(guān)于大面積3D檢查，兩個(gè)攝像機(jī)并排排列以模仿人眼并捕獲3D信息。

然而，為了在沒(méi)有大視場(chǎng)的情況下高速檢查物體，定性數(shù)據(jù)可能非常有用，而定量3D數(shù)據(jù)并不總是用于測(cè)量目的。這是光度立體技術(shù)介入的地方。

光度立體技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

測(cè)量任何給定像素的高度不是光度立體聲的主要考慮因素。相反，該技術(shù)通過(guò)使用3D表面取向及其對(duì)反射光的影響產(chǎn)生對(duì)比度圖像，突出局部3D表面變化。使用傳統(tǒng)的2D成像時(shí)，顯示的變化可能是不可見(jiàn)的。

當(dāng)使用光度立體解決方案時(shí)，沒(méi)有必要知道測(cè)試對(duì)象和相機(jī)之間的精確3D關(guān)系，也不必使用兩個(gè)相機(jī)來(lái)捕獲3D數(shù)據(jù)。而是使用具有多個(gè)照明源的單個(gè)相機(jī)系統(tǒng)。

通過(guò)在不同光照條件下觀察物體，在光度立體技術(shù)期間估計(jì)其表面。該方法的基礎(chǔ)是觀察到表面反射的光量取決于表面相對(duì)于光源和觀察者的取向。

由于新的專業(yè)算法，人們?cè)絹?lái)越意識(shí)到需要良好的照明以確保機(jī)器視覺(jué)成功，以及低成本的多光解決方案，例如Smart Vision Lights的LED燈管理器（LLM）（允許通過(guò)以下方式控制四個(gè)燈）基于瀏覽器的簡(jiǎn)單界面，成本低于幀抓取器或智能相機(jī)分線盒，光度立體聲在工業(yè)應(yīng)用中的應(yīng)用越來(lái)越受到關(guān)注。

目前，光度立體應(yīng)用的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)使得許多以前難以或不可能解決的常見(jiàn)工業(yè)檢測(cè)應(yīng)用成為可能。

應(yīng)用：夾子和輪胎

機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)在讀取零件凸起的字母時(shí)一直存在問(wèn)題。這個(gè)示例顯示了一個(gè)具有許多功能表面特性的塑料連接器，以及一個(gè)方向符號(hào)和數(shù)字。沒(méi)有對(duì)比，因?yàn)樵谕蛊鸬淖帜负徒M成剪輯的材料之間沒(méi)有任何區(qū)別。

制造商已經(jīng)在諸如輪胎之類的較大物體上使用激光三角形系統(tǒng)，以便創(chuàng)建3D表面圖。這些激光掃描系統(tǒng)通常是用于3D測(cè)量的復(fù)雜且昂貴的解決方案，即使它們最近變得更加集成和有效。

智能視覺(jué)燈的線性微光(LM) LED燈被定位在90度、180度、270度和360度周?chē)?，以照亮黑色的塑料夾子。它們由LLM控制。由于每一次曝光都是由Matrox相機(jī)觸發(fā)的，因此LLM會(huì)從不同的方向觸發(fā)光線。

每個(gè)圖像由相機(jī)饋送到運(yùn)行圖像庫(kù)光度立體定位算法的PC中。這組合了所有相應(yīng)的像素，建立了局部表面特性并從中產(chǎn)生了一種或多種類型的合成圖像。示例可以包括局部3D幾何形狀的對(duì)比圖像或反照率圖像。

這些合成圖像所揭示的信息比任何單獨(dú)組成的圖像所揭示的信息都要多。在剪輯表面形成黑底黑字的邊緣清晰地顯示在合成圖中。此外，還展示了組成整體的各種注塑件的邊緣。

應(yīng)用：合成皮革穿孔

在下一個(gè)例子中，顯示了四張合成皮革材料的圖片。人造革，與其模仿的有機(jī)材料類似，具有相當(dāng)大的表面紋理。人眼幾乎不可能在整個(gè)圖像上可視化100％的表面紋理，更不用說(shuō)計(jì)算機(jī)了。

在每個(gè)組成圖像中，當(dāng)材料的翹曲位于支撐基板上時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)陰影，而由于強(qiáng)烈的光反射，圖像的其他部分趨于飽和。

光度立體定位算法產(chǎn)生最終構(gòu)圖，其顯示在相機(jī)視野的整個(gè)區(qū)域上均勻照明的紋理，在每個(gè)縫隙上具有鮮明的對(duì)比度并且突出顯示孔。

也可以在金屬加工表面（如發(fā)動(dòng)機(jī)頭）上的孔上使用光度立體技術(shù)。由于這些具有成本效益的光度立體解決方案而顯然具有優(yōu)勢(shì)的其他領(lǐng)域是鑄造部件，激光標(biāo)記和直接部件標(biāo)記系統(tǒng)。

光度立體視覺(jué)

我們生活的3D世界將繼續(xù)依賴于3D視覺(jué)解決方案。 DBMR Research最近的一項(xiàng)預(yù)測(cè)預(yù)測(cè)，2017年至2024年期間全球3D機(jī)器視覺(jué)市場(chǎng)的增長(zhǎng)率將達(dá)到9.5％的復(fù)合年增長(zhǎng)率，其年度價(jià)值將從154億美元增加至近320億美元。

然而，高昂的安裝成本和缺乏技術(shù)知識(shí)構(gòu)成了3D機(jī)器視覺(jué)市場(chǎng)增長(zhǎng)的最大挑戰(zhàn)。作為封裝的光度計(jì)立體聲配準(zhǔn)工具和LLM LED燈管理器的一鍵編程，機(jī)器視覺(jué)行業(yè)已準(zhǔn)備好迎接3D機(jī)器視覺(jué)的下一個(gè)重要步驟。