Descubra o Futuro da Visão 3D com a Tecnologia Parallel Structured Light

Por muitos anos, o principal desafio na visão 3D foi desenvolver um "olho" robótico que fosse capaz de capturar o mundo real como ele é — em movimento.

Tecnologias convencionais de sensoriamento 3D têm lutado com este desafio, nenhuma delas sendo capaz de escanear objetos que se movem rápido e, ao mesmo tempo, fornecer dados de imagem 3D que satisfaçam requisitos de clientes para alta resolução e precisão.

Isso mudou com a nova tecnologia Parallel Structured Light, que encerra o dilema entre qualidade e velocidade. Finalmente chegamos ao futuro da visão 3D.

Parallel Structured Light explicado por Marcel Svec, Diretor de Produto da Unidade de Negócios de Sensores.

Em nosso artigo anterior do blog sobre "A revolução na visão de máquina", discutimos o conceito de digitalização 3D em movimento. Respondemos à pergunta de por que isso representa um desafio para tecnologias padrão e como o Parallel Structured Light supera este desafio. Mergulhamos fundo em como a tecnologia funciona e onde ela se compara a outras abordagens.

Neste artigo do blog, adotaremos uma postura mais prática.

Como você sabe, a tecnologia Parallel Structured Light é implementada na câmera 3D MotionCam-3D. Hoje olharemos a tecnologia do ponto de vista do dispositivo: passaremos pelas principais partes e características do corpo do MotionCam-3D, os diferentes modelos para diferentes aplicações, suas capacidades de escaneamento e onde você pode usá-las, e os recursos únicos que você não obterá com outras tecnologias.

Para isso, compararemos saídas de imagem 3D das tecnologias de sensoriamento 3D mais populares e as compararemos ao Parallel Structured Light para obter uma compreensão objetiva de seu desempenho.

O que é MotionCam-3D?

Vamos começar com uma explicação muito básica do que é MotionCam-3D:

MotionCam-3D é uma câmera 3D industrial de varredura de área — ou seja, um "olho" robótico — que pode ser usada para uma variedade de aplicações para automatizar processos industriais, logísticos e outros tipos. Ao permitir que robôs vejam, a câmera permite que eles manipulem objetos no espaço 3D ou avaliem sua qualidade durante a manufatura.

Fatos básicos sobre MotionCam-3D

MotionCam-3D consiste em três partes principais:

1. Um projetor que emite luz na cena
2. Uma unidade de câmera que captura a cena
3. Uma unidade de processamento que computa os dados 3D e os envia via ethernet para um PC

O dispositivo também pode ser alimentado via ethernet ou, alternativamente, via conector de energia de 24V.

Todos esses componentes são montados em um corpo de carbono elegante, robusto e durável, que pesa menos de 1,5 quilogramas. Isso é de vantagem especial para aplicações mão-olho.

MotionCam-3D está disponível em três tamanhos diferentes com diferentes alcances de escaneamento:

1. Modelo S = o menor modelo com alcance de escaneamento de até 60 cm. Há também uma versão estendida S+ com alcance de escaneamento de até 150 cm.
2. Modelo M = o modelo médio com alcance de escaneamento de até 100 cm. A versão estendida M+ fornece alcance de escaneamento de até 150 cm e precisão aprimorada.
3. Modelo L = o maior modelo com alcance de escaneamento de até 300 cm.

Os modelos + com alcances de escaneamento estendidos são especialmente adequados para aplicações mão-olho.

Todos os cinco modelos fornecem a mesma resolução de até 2 milhões de pontos 3D, onde a densidade da nuvem de pontos depende da distância de escaneamento. Por exemplo, para uma distância de escaneamento de 1 metro, a densidade equivale a 4 pontos por 1 milímetro quadrado.

Onde você pode usar MotionCam-3D?

O desempenho robusto de escaneamento do MotionCam-3D permite escanear uma ampla variedade de objetos feitos de diferentes tipos de materiais, incluindo, mas não se limitando a:

• Borracha preta
• Alumínio
• Pequenas peças metálicas finas e brilhantes
• Objetos plásticos
• Papelão
• Objetos semi-transparentes ou iluminados por luz de fundo

A capacidade de escanear vários tipos de materiais, junto com sua alta resolução, precisão e alta robustez em configurações industriais exigentes e condições desafiadoras, tornam o MotionCam-3D um dispositivo de visão 3D perfeito que pode servir automação em uma ampla gama de aplicações como:

• Bin picking
• Paletização e despaletização
• Embalagem
• Classificação
• Dimensionamento de caixas
• Inspeção de qualidade
• E muitos outros

Agora, o que torna o MotionCam-3D tão único em comparação com outras tecnologias de sensoriamento 3D?

Parallel Structured Light vs. luz estruturada

Se seu objetivo é alta qualidade de dados 3D, sensores de luz estruturada podem ser uma boa escolha para você. Eles podem fornecer dados robustos em alta precisão e podem escanear todos os tipos de materiais e superfícies em várias condições.

No entanto, eles têm uma limitação séria, que é que só podem ser usados se a cena for perfeitamente estática. Isso tem a seguinte razão:

Um sistema de luz estruturada projeta uma sequência de padrões de luz na cena. Se o objeto se mover, o padrão projetado é quebrado. Isso resulta em um padrão ilegível com alto ruído, artefatos voadores ou nuvens de pontos incompletas.

Se você precisa escanear cenas em movimento, existem outras tecnologias mais adequadas. Vamos olhar para essas agora.

Parallel Structured Light vs. estéreo ativo / ToF

As tecnologias de sensoriamento 3D mais populares para escanear objetos em movimento são sistemas Time-of-Flight (ToF) ou estéreo ativo.

Sua principal vantagem é alta velocidade de escaneamento. Infelizmente, isso é ao custo de qualidade. A resolução desses sistemas é geralmente VGA (Video Graphics Array = um padrão de resolução para exibição de gráficos em monitores) e sua precisão só pode atingir vários milímetros. Outro ponto fraco é que eles não podem exibir bons detalhes nas bordas dos objetos escaneados e a imagem 3D tem ruído bastante alto.

Quando resumimos os argumentos acima, obtemos o seguinte:

Por um lado, existem sistemas estéreo ativo ou Time-of-Flight, que podem fornecer alta velocidade mas baixa qualidade.

Por outro lado, existem sistemas de luz estruturada, que podem fornecer alta qualidade mas não podem ser usados para escanear objetos em movimento ou vibrando.

Mas queremos alcançar tanto alta velocidade quanto alta qualidade para poder escanear objetos em movimento rápido em alta resolução e precisão. Isso é uma necessidade em inúmeras aplicações, então como podemos alcançar resultados satisfatórios?

Felizmente, a tecnologia Parallel Structured Light reúne o melhor dos dois mundos — a velocidade de sistemas estéreo ativo e Time-of-Flight e a qualidade de sensores de luz estruturada.

Dê uma olhada na cena abaixo, que foi capturada pelo MotionCam-3D.

A cena está em movimento mas a imagem 3D ainda está perfeitamente clara. Você pode ver:

• Uma nuvem de pontos de alta resolução com 900.000 pontos 3D
• Precisão submilimétrica
• Baixo ruído
• Contornos detalhados dos objetos escaneados
• Alta robustez
• Completude do escaneamento em vários materiais

MotionCam-3D também tem um modo estático, que dobra a precisão e resolução para 2 Mpx. Isso o torna um dispositivo verdadeiramente versátil para todos os tipos de aplicações.

Mudança de paradigma que transforma a visão de máquina

A tecnologia Parallel Structured Light finalmente encerra o dilema sobre se você deve preferir velocidade sobre qualidade ou vice-versa para seus projetos.

Ela representa uma verdadeira mudança de paradigma na indústria de visão de máquina, pois pode tornar aplicações existentes mais rápidas e confiáveis. Ao mesmo tempo, abre a porta para muitas novas aplicações que não eram possíveis de fazer antes.

Os principais benefícios do MotionCam-3D incluem:

• Pode ser implantado em sistemas dinâmicos sem necessidade de sincronização
• Pode ser implantado em aplicações onde o movimento não é linear mas aleatório
• Pode acelerar aplicações 3D convencionais como bin picking
• Pode ser usado para escaneamento de cenas vibratórias
• Beneficia robótica mão-olho pois o robô não precisa parar para fazer um escaneamento
• Fornece um fluxo contínuo de dados 3D de alta qualidade em comparação com tecnologias que só podem fazer um escaneamento por vez
• Graças à sua alta velocidade de escaneamento, pode substituir aplicações 2D complicadas sem necessidade de iluminação e calibração no local
• E muito mais, pois isso é apenas um pequeno pedaço das possibilidades que o MotionCam-3D oferece.

Vamos explorá-las juntos. É hora de ver o mundo em movimento.