3D イメージングを詳しく見る

Jun 10, 2024

チャート 1: この 3D テクノロジーのマップは、アクティブかパッシブか、および三角測量、飛行時間型、干渉計のいずれを使用するかによって、さまざまなタイプの 3D イメージングを示しています。 出典: シック

チャート 2: このチャートは、Z 解像度と精度と距離と視野 (FOV) を考慮した場合に、いくつかの 3D テクノロジーがどのように比較されるかを示しています。 出典: シック

多くの場合、特定の視覚タスクを解決するには多くの方法が考えられます。 場合によっては、2D または 3D ビジョンのどちらを選択するかが明らかですが、場合によっては、両方のテクノロジが機能し、それぞれに一定の利点が得られる場合もあります。 信頼性の高いマシン ビジョン ソリューションを提供するには、これらの利点と、それらが特定のアプリケーションにどのように適用されるかを理解することが重要です。 一般に、3D は、物体の体積、形状、3D 位置の分析だけでなく、コントラストは低いが検出可能な高低差がある部品や欠陥の検出にも最適です。 3次元は主に測定、検査、位置決めに使用されますが、コントラスト情報が欠落している場合に刻印されたコードやテキストを読み取るために3Dが使用される場合もあります。

3 次元のキャプチャはさまざまな方法で行うことができ、利用可能なマシン ビジョン テクノロジにはそれぞれ長所と短所があります。 3 次元イメージングは​​、パッシブとアクティブの 2 つの主なカテゴリに分類できます。 そこから、より具体的なテクニックに分割できます。 パッシブ技術には、焦点からの深度、ライトフィールド、ステレオが含まれます。 主なアクティブな技術は、飛行時間、構造化光、干渉法に基づいています。 3 次元イメージングは​​、スナップショットやスキャン方法など、実際に画像を取得する方法にさらに分類できます。

スナップショット技術

「スナップショット」方式を使用するアクティブ システムとパッシブ システムの両方があります。 これは、長年使用されているカメラで使用されている方法なので、ほとんどの人がよく知っているテクニックです。 スナップショット方式では、スナップショット イメージを作成すると同時に、イメージのすべてのピクセルがキャプチャされます。 パッシブ ステレオの場合、異なる視点からキャプチャされた複数の画像があり、画像間の差分を使用してオブジェクト (人間の視覚を考えてください) までの距離が計算されます。 カメラを複数の場所に移動できる場合は、これと同じソリューションを 1 台のカメラでも実現できます。

アクティブ スナップショット手法には、光がターゲットに到達してセンサー アレイに戻るまでにかかる時間を測定する飛行時間も含まれます。 このようにして、各ピクセルは 3D 測定を直接取得し、必要なセンサーは 1 つだけです。 スナップショット手法には、アクティブ オプションのコード化されたライト投影などのバリエーションがあります。 この場合、照明パターンの変化に応じて、同じオブジェクトの複数の高速画像がキャプチャされます。 次に、照明パターンの違いに基づいて奥行きを示す合成画像が作成されます。 通常、パターンは一連の徐々に細くなる線です。 解像度を高めるために、より細い線が使用されます。

スキャン技術

さらに、レーザー光を物体に投影し、物体がスキャン領域を移動するときにカメラが光の投影の (通常は高速で) 画像をキャプチャする、レーザー三角測量のようなスキャン技術もあります。 別の種類のスキャン技術として、焦点からの深度があります。 あらかじめ設定した範囲の画像を連続して取得し、3次元データを作成します。 画像のスタックをスキャンして、局所的な焦点が最大化されている場所を確認し、そこから範囲を導き出します。 この方法は、構造化された光が必要ないという点で有益ですが、時間がかかる可能性があり、焦点を推定するには物体に何らかの構造が必要です。

スキャン技術では、測定領域内で物体を移動させるか、物体上でカメラを移動させることによって、3D 画像がプロファイルごとに取得されます。 正しい 3D データ、つまり有効な 3D 画像を取得するには、動きを追跡するためにエンコーダを使用するなどして、動きが一定であるか、よく知られている必要があります。 作成された 3D 画像は通常、非常に正確です。 スナップショット テクノロジは、一般的な民生用カメラと同じように 1 回のショットを撮るだけで、オブジェクトの完全な 3D 画像を作成しますが、3D で作成されます。 物体やカメラを動かす必要はありませんが、この技術により生成される画像はスキャン技術ほど正確ではありません。