IDS Ensenso 3D立體視覺相機:應用原理及相機配置說明

IDS Ensenso 3D 立體視覺相機是模仿人類雙眼的立體視覺運作原理.

每個型號都有左右兩個內建CMOS相機及一個投影器,在兩台相機位置及角度差異,取像同一個物體及場景的條件,經過特殊的演算法,將兩台相機取像影像作匹配,尋找出影像中的對應接點,將兩台相機間距、相機視角再加上鏡頭的焦距,以長度為單位轉換這些所有差距作為3D影像的像素位置。我們稱為3D點雲圖,這些數據即為後續影像處理重要的資訊。

精巧堅固鋁製外罩配有可緊鎖GPIO連接口,提供工業用觸發器及閃光燈設置。相機經過出廠校正並且附有MVTec HALCON0介面以及物件導向API(C++ C#/ .NET).

在圖像比對匹配過程是透過傳感器的像素對比以及亮度梯度,影像品質會受到場景光源品質以及物體表面材質影響,缺少表面紋理或是反光的物體表面,尋找以及計算出協調的對應點相當困難。如果無法準確的確定差距,會造成不完整的圖像深度數據。Ensenso相機透過使用額外技術來達到獲取更好的深度數據,以及更精準的量測結果來強化傳統的立體視覺原理。藉此立體視覺可以被更廣泛應用。



相機外型配置

CADCH

相機命名方式

相機型號Nxx-X or XXXX-XX-XX
描述相機系列鏡頭焦距收斂角鏡頭光圈值光源照明波長
說明鏡頭焦距長短
影響取像視景大小
攝影機傾斜角度影
響左右相機聚焦距離
光圈值大小影響
光靈敏度及景深
光源照明
對應規格N10
N20
N30
N35
3 : 3.6mm
4 : 4.2mm
6 : 6.0mm
8 : 8.0mm
12 : 12.0mm
16 : 16.0mm
02 : 2°
04 : 4°
06 : 6°
08 : 8°
10 : 10°

16 : F=1.6
18 : F=1.8

BL : 藍色可見光 465nm
IR : 紅外線光 850nm

 

相機系列

N10 - 隨插即用USB 2 供電及通訊3D立體視覺相機,並附有大功率IR LED投影模式打光
N20 - PoE Gige 3D立體視覺相機,大功率(BL、IR) LED 投影模式打光
N30 - 最新3D PoE Gige立體視覺相機,大功率(BL、IR) LED 投影模式打光,並符合IP65、IP67防水防塵等級
N35 - 與N30同時推出的3D立體視覺相機,N35多了最新FlexView技術

 

鏡頭焦距

鏡頭焦距長短影響工作距離
(工作距離即是鏡頭下緣至取像物之間的距離)

相同視野範圍
鏡頭焦距短工作距離短
鏡頭焦距長工作距離長

相機系列鏡頭焦距範圍
N10 : 3.6mm ~ 16mm
N20 : 6mm ~ 16mm
N30 : 6mm ~ 16mm
N35 : 6mm ~ 16mm

Ensenso

 

收斂角

兩支相機傾斜角度
在某個工作距離使兩支相機取像影像重疊
Ensenso
 

較小收斂角的兩支相機工作距離就會愈長重疊
較大收斂角的兩支相機工作距離就會愈短重疊

Ensenso

 

FlexView

FlexView 在靜態場景條件下加強視差圖細節。Pattern mask(掩模版)在投影射線中位置可以通過使用piezoelectric actuator(電壓制動器)的機械系統轉換成步進移動,形成物體的紋理變化。獲取複數具有不同紋理的相同場景影像可以產生更多的圖像點。加強分辨率,匹配演算法用所有取像圖像來計算從而獲得增強的視差圖。連續紋理位移可以在具有光澤,灰暗以及反光的表面上生產額外的結構紋理,進而加強分辨率(精度)以及獲得更多的數據信息。更高的分辨率以及低噪音可以加強多數的處裡演算法。FlexView 降低了後處理點雲圖的步驟以及更進一步的3D影像處理時間。

特點
  • 增加2倍Z軸分辨率
  • 增加2倍有效XY軸分辨率
  • 在較困難取像物有較多的表面資訊
  • 取像影像資訊的時間增加
  • 取像影像時間約45ms × 影像對數
  • 增加處理成3D的時間
  • 3個影像對已經有80%效果
Ensenso Flexview-1
 
原理
取像3D立體影像(取像方式需為靜態取像)

取像影像對→轉換投影光模式→取像影像對→轉換投影光模式...(此步驟可自行設定2~8次)
逐個將2~8個有投影立體3D影像對處理成一個3D點雲圖

 

FlexView 取像範例

N20 / N30 單次取像N35 使用FlesView 8影像對
Ensenso Flexview-2CADCH
更詳細的影像細節、傾斜表面更完整的3D影像數據、更精確的取像物外型輪廓、有較明顯降低影像雜訊

 

3D 相機選擇

應用投影光需求藍光紅外線光
評估需求視野範圍景深工作距離
視野範圍右圖ab
景深右圖c
工作距離右圖d
將以上需求選出適用的3D相機系列型號
Ensenso-1

 

實際應用

3D相機將取像物3D座標資訊傳遞給運動控制作取放應用
Ensenso-3Ensenso Image3
 
缺陷檢測-部份檢測物在2D中不易被檢測出,但在3D中缺陷特徵就比較明顯

Ensenso - Image1

Ensenso Image2