據(jù)麥姆斯咨詢介紹，傳統(tǒng)的工業(yè)相機(jī)主要實現(xiàn)2D成像，缺少空間深度信息。3D視覺技術(shù)的出現(xiàn)有效化解了2D相機(jī)在復(fù)雜物體的模式識別和測量中的痛點問題。西安知微傳感技術(shù)有限公司（以下簡稱“知微傳感”）是國內(nèi)領(lǐng)先的自主研發(fā)MEMS微振鏡及應(yīng)用方案供應(yīng)商，在國內(nèi)率先實現(xiàn)MEMS微振鏡在高精度3D相機(jī)以及激光雷達(dá)方面的批量落地應(yīng)用。

近日，在深圳會展中心舉行的‘第二十七屆“微言大義”研討會：機(jī)器視覺及工業(yè)檢測’上，知微傳感市場總監(jiān)何偉先生，發(fā)表了題為《激光快照式3D相機(jī)，三維機(jī)器視覺的新選擇》的主題演講，向大家分享了知微傳感最新的3D機(jī)器視覺技術(shù)解決方案和典型應(yīng)用，下面請跟隨麥姆斯咨詢一起回顧精彩的演講內(nèi)容。

知微傳感市場總監(jiān)何偉先生發(fā)表主題演講

主流3D視覺技術(shù)方案介紹

根據(jù)是否需要光源，3D視覺技術(shù)可分為主動光和非主動光兩大類，大家比較熟悉的“可見光”雙目攝像頭屬于非主動光技術(shù)，它的原理是通過模擬人的雙眼，根據(jù)視差產(chǎn)生三維數(shù)據(jù)；主動光技術(shù)主要有三角測距法和飛行時間（ToF）法兩類方案。何偉先生介紹，“知微傳感采用的3D視覺技術(shù)是基于可調(diào)光柵的動態(tài)結(jié)構(gòu)光方案，屬于三角測距法中一種時間編碼方式，該方法的主要優(yōu)勢是可以在精度和效率方面獲得較好的均衡?！?/p>

圖1 3D視覺技術(shù)分類

激光快照式3D相機(jī)的技術(shù)特點

傳統(tǒng)快照式3D掃描儀采用的動態(tài)結(jié)構(gòu)光方案，通過DLP投影儀（數(shù)字光處理，采用TI數(shù)字微鏡陣列）向被測物體進(jìn)行光柵投射，條紋光柵在被測物體表面產(chǎn)生變形（被調(diào)制），然后利用攝像頭拍攝，再經(jīng)過測量算法獲得三維形貌。

圖2 傳統(tǒng)快照式3D掃描儀與激光快照式3D相機(jī)比對

激光快照式3D相機(jī)采用的動態(tài)結(jié)構(gòu)光方案在光束操縱方面與傳統(tǒng)快照式3D掃描儀不同，其通過MEMS微振鏡掃描激光的方式實現(xiàn)條紋光柵投射，而在3D成像算法方面兩者相似。另外，知微傳感的激光快照式3D相機(jī)采用單目攝像頭，與傳統(tǒng)快照式3D掃描儀使用雙目攝像頭相比，具有多項優(yōu)勢：（1）使得整個系統(tǒng)體積大幅縮小；（2）成本得到有效控制；（3）更高的性價比。

知微傳感的激光快照式3D相機(jī)主要定位于亞毫米級精度的工業(yè)應(yīng)用?！澳壳笆忻嫔?，能提供高可靠性的類似產(chǎn)品并不多?！焙蝹ハ壬f道，“微米級精度的3D相機(jī)，性能冗余但價格高昂；毫米級精度的3D相機(jī)雖然價格不高，但是精度不夠。所以，知微傳感的這款3D相機(jī)主要切入介于毫米級與微米級精度之間的工業(yè)場景?！?/p>

此外，知微傳感的激光快照式3D相機(jī)還具有如下特點：（1）在片上進(jìn)行點云計算，可以同時輸出點云、深度、灰度以及RGB信息；（2）使用激光光源，對環(huán)境的抗干擾能力強(qiáng)；（3）支持POE供電；（4）支持多平臺開發(fā)；（5）體積小、質(zhì)量輕等。

激光快照式3D相機(jī)的主要優(yōu)勢

相比市面上其它的3D視覺技術(shù)，激光快照式3D相機(jī)的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下三點：

（1）具有超大景深，景深范圍可達(dá)3米。何偉先生解釋說：“通?；贒LP的方案由于鏡頭限制，工作景深較淺，只有幾十厘米。在實際應(yīng)用中，基于DLP的方案對一些較小或平整物件的高精度檢測是沒問題的，但是在面對大型工件，或者景深差異超過1~2米的應(yīng)用場景時則無法使用，在這種情況下激光快照式3D相機(jī)將是理想的選擇！我們從幾十厘米到幾米超寬景深范圍內(nèi)都可以確保成像的高精度。”

（2）具有亞毫米級精度，精度最優(yōu)可達(dá)為0.15mm。何偉先生說道：“基于DOE的散斑結(jié)構(gòu)光方案，通常只有毫米級精度，而激光快照式3D動態(tài)結(jié)構(gòu)光方案可以達(dá)到亞毫米級更高精度?！?/p>

（3）掃描速度快，最快0.2秒完成掃描。相比線激光掃描方案，激光快照式3D相機(jī)沒有傳送帶等可動裝置，即不需要與被測物體產(chǎn)生相對運(yùn)動，通過對整個物件快速掃描以獲取表面深度信息，非常適用于一些對節(jié)拍有要求的應(yīng)用場合。

圖3 激光快照式3D相機(jī)的主要優(yōu)點

激光快照式3D相機(jī)的典型應(yīng)用

當(dāng)前，3D機(jī)器視覺技術(shù)已廣泛應(yīng)用在堆垛和拆垛、無序分揀、產(chǎn)品檢驗、路徑引導(dǎo)、3D人臉識別、建模/測量等多種工業(yè)場景。本次研討會上，何偉先生向大家展示了知微傳感激光快照式3D相機(jī)的一些典型客戶案例和最新成果。

（1）拆碼垛和無序分揀。在介紹拆碼垛應(yīng)用時，何偉先生表示：“實際上，許多的垛型高度都在1~2米，對于這種情況傳統(tǒng)的DLP方案很難覆蓋，而激光快照式3D相機(jī)景深可以達(dá)到3米，能夠完全勝任。利用相機(jī)捕捉的高精度3D點云數(shù)據(jù)，我們可以得到物體Z向的高度信息，同時X/Y方向的測量精度也足夠高，可以進(jìn)行圖像分割，從而引導(dǎo)機(jī)器人在作業(yè)分揀、上下料和拆碼垛時的搬運(yùn)和抓取?！?/p>

（2）機(jī)械手臂引導(dǎo)。自動化涂膠是知微傳感3D相機(jī)的典型應(yīng)用之一。在制鞋廠，制鞋機(jī)器人通過3D相機(jī)對鞋底掃描和鞋邊位置信息提取，引導(dǎo)機(jī)械手臂對鞋底進(jìn)行打粗、涂膠等工序，從而減少人工支出和提高生產(chǎn)效率。

（3）人體建模和3D人臉識別。激光快照式3D相機(jī)還能實現(xiàn)人體高精度的3D數(shù)據(jù)建模，主要應(yīng)用于鞋子定制、醫(yī)療美容以及3D人臉識別方面。何偉指出：“知微傳感的3D相機(jī)采用近紅外光源，在采樣時對人體進(jìn)行無感掃描，另外我們的產(chǎn)品體積小巧，非常有利于系統(tǒng)設(shè)備在終端應(yīng)用和推廣?！?/p>

圖4 激光快照式3D相機(jī)的典型應(yīng)用

知微傳感之“芯”——MEMS微振鏡

“MEMS微振鏡芯片及其應(yīng)用技術(shù)”是知微傳感3D相機(jī)的核“芯”，憑借著優(yōu)秀的研發(fā)積累和技術(shù)實力，知微傳感在2018年獲得了目前MEMS微鏡領(lǐng)域立項的唯一一個國家重點研發(fā)計劃支持。MEMS微振鏡作為一種關(guān)鍵的光束操縱元件，在體積、成本、可靠性方面都遠(yuǎn)勝于當(dāng)前的機(jī)械式光束操縱方案，在3D相機(jī)、條形碼掃描、激光打印機(jī)、激光雷達(dá)、醫(yī)療成像、光通訊等領(lǐng)域擁有廣泛的應(yīng)用前景。

最后，何偉先生也介紹了知微傳感的MEMS微振鏡芯片和固態(tài)掃描模組產(chǎn)品。當(dāng)前知微傳感已成功實現(xiàn)MEMS微振鏡的6英寸和8英寸代工量產(chǎn)，可提供單軸和雙軸多款MEMS微振鏡產(chǎn)品。針對MEMS微振鏡芯片閉環(huán)控制的用戶痛點，知微傳感還推出了易用的MEMS微振鏡掃描模組，該模組將MEMS微振鏡芯片與位置檢測、驅(qū)動電路、閉環(huán)控制電路集成一體，用戶只需供電并做好配置即可快速導(dǎo)入使用，將大大縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期。

圖5 知微傳感MEMS微振鏡芯片和固態(tài)掃描模組產(chǎn)品