3D Sensör Teknolojileri

Yorum bırakın / Blog-Haber / Yazan

3D Sensör Teknolojileri

Sonraki işleme örneğinin objenin konumunu, boyutunu ve şeklini bilmesi gerektiğinden objelerin üç boyutlu olarak algılanması otomasyonda önemli bir rol oynar. 3D nokta bulutuna giden yol birkaç adımdan oluşur ve çeşitli ölçüm teknikleri ile çözülebilir.

Triangülasyon ve yapılandırılmış ışık

Triangülasyon tekniği, derinlik bilgisini elde etmenin bir yöntemidir. Aydınlatma kaynağı ve kamera tanımlanmış bir mesafeye sahiptir ve ortak bir noktaya hizalanmıştır. Bunun sonucunda da triangülasyon açılı bir üçgen oluşur. Bu triangülasyon açısı, derinlik bilgisinin hesaplanmasına olanak tanır. Açı ne kadar büyükse derinlik bilgileri o kadar iyi tespit edilebilir. Triangülasyon açısı sayesinde aydınlatılmış objeler gölge yapar (gölgeleme) veya obje arka planı gizler ve artık kamera tarafından görülemez (obstrüksiyon). Derinlik bilgileri yalnızca gölgeleme veya obstrüksiyon olmayan alanlar için verilebilir. wenglor’un bir 3D sensörü, yapılandırılmış ışık ve triangülasyon ile çalışır. Bu sensör, bir ışık kaynağından ve bir kameradan oluşur. Kamera ve aydınlatma kaynağı bir noktayla hizalanır ve triangülasyon olarak adlandırılan bir üçgen oluşturur. Bu, derinlik bilgisinin alınmasını sağlar. Objeye farklı desenlerin yansıtılmasıyla bir 3D nokta bulutu oluşturulabilir.
Yapılandırılmış ışık, ışığın ızgara veya çubuk gibi bilinen bir desen oluşturduğu bir aydınlatma tekniğidir. Desendeki deformasyonun deseni sayesinde objelerin derinlik ve yüzey bilgileri algılanabilir. Yapılandırılmış ışık, 10 μm’nin altındaki yüksek hassasiyetli çözünürlüklere sahip bir ölçüm yöntemidir. Bu, objelerdeki ya da en küçük, insan gözü tarafından fark edilemeyen yapılardaki en ince kılcal çatlakların bununla tanımlanabildiği anlamına gelir. 3D sensörler, genellikle örneğin Gray-​Code numunesi gibi kendi adları olan ikili görüntüler gibi desenler veya faz görüntüleri kullanır.
Gray-​Code deseninde, açık veya koyu aydınlatılan ve giderek daha ince hale gelen bir çizgi sekansıdır. Bir kamera ile yoğunluk seyrinin izlenmesi sayesinde bir desen algılanabilir ve böylece bir derinlik aralığı belirlenebilir. Diğer yandan faz görüntüleri, bir objeye yansıtılan sinüs dalgaları şeklindeki dalga desenleridir. Örneğin desenin oluşturulması için bir mikro ayna elemanı (Digital Micromirror Device) kullanılabilir. Dalganın fazı görüntüden görüntüye kaydırılır. Faz akışı aracılığıyla bir kamera yardımıyla derinlik bilgisi elde edilebilir.

Pasif stereo

Bu işlemde iki kamera aynı objeyi bir açının altında inceler. Çeşitli inceleme açıları sayesinde bir noktanın mesafesi belirlenebilir. Burada zor olan, aynı noktanın her iki kamera ile tanımlanmasıdır. Örneğin, beyaz bir duvar gibi düşük kontrastlı bir yüzey incelendiğinde, bu yöntem yetersizdir.

Aktif stereo

Yapı pasif stereonun yapısıyla aynıdır. Tek fark, burada bir desenin (ör. rastgele dağıtılmış noktalar) objeye yansıtılmasıdır. Bu, her iki kameraya bir noktanın atanmasını kolaylaştırır.

Time of Flight

Bu yöntemde, obje ile sensör arasındaki mesafe ışık hareket süresi yardımıyla belirlenir. Burada sensör, bir objeye çarpan ışık darbeleri gönderir. Cisim bu ışık darbelerini yansıtır. Işık darbelerinin yansıma süresine bağlı olarak mesafe belirlenir. Bu şekilde cisimlerin mesafeleri veya yapıları gibi derinlik bilgileri belirlenebilir.

3D teknolojilerin karşılaştırılması

Yapılandırılmış ışığa (şerit projeksiyonu) dayanan bir 3D sensör, çözünürlük ve hassasiyet bakımından en yüksek kaliteyi sunar, bu nedenle bu teknoloji 3D sensörlerde kullanılır.
Yapılandırılmış ışık Pasif stereo Aktif stereo Time of Flight
Çözünürlük
Hassasiyet
Ortam ışığı
Ölçüm hızı
Düşük kontrastlı objeler 
Obstüksiyon/gölgeleme 

3D sensörün üç boyutluluğu

3D sensörler, ölçülecek objenin üzerine birden fazla desen yansıtır ve bir kamera ile bunları kaydeder. Obje böylece üç boyutlu alınır ve bir 3D nokta bulutuna dijitalleştirilir. Bu sırada ne obje ne de 3D sensör hareket halinde değildir. Bu şekilde kayıt işlemi hızlı ve son derece hassas bir şekilde gerçekleştirilebilir.
​​​​​​​1) Yüksek çözünürlüklü kamera
2) Lightengine
3) X, Y = Ölçüm aralığı
4) Z = Çalışma aralığı

3D nesne ölçümü otomotiv üretimini kolaylaştırır

 

Aydınlatma: İdeal aydınlatma için Light Engines

Aydınlatma kaynağı bir lazer veya LED olabilir. Lazerler, yüksek zamansal ve mekansal bağlam ile ışık üretir. Spektrum dar bantlıdır. Bir lazer tarafından üretilen ışık, optik aracılığıyla belirli bir şekle getirilebilir. Başka bir aydınlatma türü de LED’in kullanılmasıdır. Bu, bir lazere kıyasla geniş bantlı bir ışık üretir ve neredeyse hiç bağlama sahip değildir. LED’ler kullanım kolaylığı sağlar ve lazer diyotlara kıyasla daha fazla dalga boyu oluşturur. Dijital Light Processing (DLP) tekniği ile her türlü desen oluşturulabilir. LED ve DLP kombinasyonu, yapılandırılmış ışığın 3D tekniği için ideal olan çeşitli desenlerin hızlı ve etkili bir şekilde üretilmesini sağlar.

Görüntü kaydı: CMOS gücü ile mükemmel görüntü

Obje, yüksek çözünürlüklü bir kamera kullanılarak iki boyutlu kaydedilir. Günümüzde kameralar tipik olarak CMOS veya CCD teknolojisine dayanan ışığa duyarlı bir yarı iletken çipe sahiptir, bu sırada CMOS teknolojisi daha sık kullanılır. Bir çip birçok tek hücreden (piksel) oluşur. Modern çipler milyonlarca piksele sahiptir, böylece objenin iki boyutlu olarak algılanması mümkün olur. CMOS teknolojisinin daha iyi performansa sahip olması nedeniyle 3D sensörlerde kullanılır.

3D nokta bulutu: Uygulamadan hazır görüntüye

Yapılandırılmış ışığın desen sekansı kamera tarafından kaydedilir. Tüm görüntüleri içeren pakete Image Stack denir. Münferit desenlerin görüntülerinden her noktanın (piksel) derinlik bilgisi belirlenebilir. Kamera birden fazla milyon piksele sahip olduğundan ve her bir pikselin gri tonlamayı algılamasından dolayı, kısa bir süre içinde birden fazla megabayt veri miktarı oluşturulur. Veri miktarı güçlü bir endüstriyel bilgisayarda veya dahili olarak bir sensörde bir FPGA ile işlenebilir. Dahili hesaplamanın avantajı hızdır, bilgisayarda yapılan hesaplama ise daha fazla esneklik sağlar. Hesaplamanın sonucu bir 3D nokta bulutudur.

Yanlış renk gösterimi

Nokta bulutunun renklendirilmesiyle objenin derinliği görülebilir. Yoğunluk, farklı renk tonlarının yardımıyla gösterilir. Bu yanlış renk gösterimi sayesinde, objenin hangi parçalarının ön veya arka planda bulunduğu doğrudan tespit edilebilir.

Yüzey bilgisi

ShapeDrive G4 sensörleri sadece 3D nokta bulutu biçiminde bir objenin mekansal bilgisini vermekle kalmaz, aynı zamanda tek bir noktanın parlaklık yoğunluğu ile ilgili bilgi verir. Bu değer, görüntü işleme sırasında ilave bir kod olarak kullanılabilir ve böylece daha iyi sonuçlar sağlanır.

Entegrasyon: Sensörden uygulamaya

3D nokta bulutu kaydedilen görüntülerden hesaplanır. Bu işlem, hem sensörde hem de bir endüstriyel bilgisayarda yapılabilir. Kolay entegrasyon için üreticinin Yazılım Geliştirme Kitleri (SDK) veya GigE Vision gibi standart arayüzler kullanılır.

Monokrom aydınlatma kullanılması

Monokrom aydınlatma kullanılması, optik filtrelerle ortam ışığından gelen parazitlerin etkin bir şekilde bastırılmasını sağlar. Aydınlatma, maksimum verimlilik ve aydınlatma gücü bakımından da optimize edilebilir.

Yorum bırakın

E-posta adresiniz yayınlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir