3D

Panoramica su metodologie e applicazioni tipiche.

Le tecniche 3D vengono utilizzate in svariati ambiti, dal controllo della qualità alla guida robot. Per quanto concerne la guida robot è necessario non confondere le necessità di tempo di calcolo del sistema di visione con le necessità del robot (anche quanto il calcolo richiede tempo in genere viene effettuato in anticipo sugli spostamenti del robot).

Un vantaggio generale del 3D è la sostanziale indipendenza dal colore, anche se nei dettagli varia a seconda della tecnica. La necessità di avere l'oggetto fermo o in movimento può essere sia un vantaggio che uno svantaggio (ad es. è un vantaggio necessitarlo in movimento se si trova già su un nastro trasportatore). Le tecniche che richiedono una singola immagine (snap) prescindono dal movimento o meno dell'oggetto.

In questo campo d’azione le tecniche utilizzate fanno capo a due branche principali:

  • TOF: time of flight della luce, basato su dei sensori;
  • Triangolazione: basato su una o più telecamere ed eventualmente illuminatori.

Ci soffermiamo sulle tecniche di Triangolazione.

Lama di luce laser

Un laser lineare illumina una sezione dell'oggetto. Conoscendo la posizione della telecamera e del laser, è possibile ricavare le coordinate dei vari punti illuminati dal laser. Per effettuare la scansione dell'oggetto è necessario che il laser o l'oggetto si muova. Si ottiene un'immagine "densa", cioè si hanno buoni dati su tutti i punti della superficie.

Questa tecnica è, anche più delle altre, indipendente dai colori; d'altra parte è impossibile ottenerli anche se fossero necessari. Viene utilizzata per svariate applicazioni, dalla guida robot al controllo della qualità.


Stereoscopia

Si utilizzano due telecamere, che riprendendo l'oggetto da angoli diversi, permettono una visione stereoscopica dei punti inquadrati da entrambe (similmente alla visione umana).

E' sufficiente una singola immagine (snap) ed è quindi possibile applicare questa tecnica sia su oggetti fermi, che in movimento. L'immagine risulta poco densa, cioè non si avranno tutti i punti dell'oggetto, ma dei punti ottenuti si avranno comunque buoni dati. Volendo, è possibile ottenere anche i colori dell'oggetto.


Omografia

Richiede che la parte che si vuole studiare dell'oggetto sia tutta su una stessa superficie, ovvero un piano nello spazio.

Considerando la dimensione e la deformazione prospettica si ottiene la posizione dell'oggetto nello spazio. Lavora su singola immagine (snap). Generalmente non necessita di un apposito illuminatore, è sufficiente una telecamera.


Pattern Matching

E' una tecnica esaustiva, si considerano tutte le possibili rotazioni dell'oggetto (almeno sugli angoli di potenziale interesse). Servono molti bordi facilmente visibili. Lavora su singola immagine (snap). Generalmente non necessita di un apposito illuminatore.

Fringe

Si necessita di un oggetto statico e si fanno una decina di immagini da angolazioni differenti. E' una tecnica lenta ma precisa. Utilizzabile per misure e per reverse engineering, ma non per la guida robot.

Viste Multiple

Svariate inquadrature di un singolo oggetto fatte da una telecamera. E' necessario che si vedano bene i bordi, quindi ad esempio è adatto per un cubo ma non per una sfera. E' necessario il confronto con un modello cad completo dell'oggetto, non essendo sufficiente il confronto con qualche immagine di riferimento.

E' un metodo lento, è sufficiente una telecamera e in genere non è richiesto nemmeno un illuminatore apposito. E' adatto alle applicazioni di guida robot per cui sia sufficiente una bassa precisione.

 

Tecnica di triangolazione Condizioni Vantaggi Svantaggi Applicazioni tipiche
Laser Movimento Denso No colori Tutto (guida robot, controllo qualità)
Stereoscopica Snap Anche colori Poco denso Guida robot
Omografia Snap Molto veloce, generalmente no illuminatore Tutta superficie su unico piano, non preciso Inseguimento oggetti
Pattern matching Snap Generalmente no illuminatore Tecnica esaustiva Inseguimento oggetti
Fringe Statico Preciso, una sola telecamera Lento Reverse engineering, misure
Viste multiple Snap Una sola telecamera, no illuminatore Lento, necessità bordi e modello cad Guida robot con bassa precisione

 

Case History

Prelievo di pezzi alla rinfusa in cassone

Frutto della collaborazione decennale nei sistemi robotizzati, Specialvideo presenta un sistema di guida robot per la presa di pezzi disposti alla rinfusa in un cassone (bin picking).

Ricerca cordone di saldatura

Specialvideo ha realizzato un sistema di visione per la ricerca senza contatto del cordone di saldatura di tubi.

Prelievo di pezzi alla rinfusa in cassetta

Specialvideo ha realizzato un sistema di guida robot per la presa pezzi piani e lamiere piegate disposti alla rinfusa in una cassetta (bin picking).