直接来自相机的高分辨率 3D 数据

从汽车行业不断运行的生产线到快速精确的垃圾箱拣选:许多应用程序需要高质量的 3D 图像并受益于预处理数据。

当 3D 图像处理用于计算密集型应用程序时,接口和 CPU 能力很快成为瓶颈。在这些情况下,如果 3D 相机本身已经完成了一些计算,那就非常方便了。

解决这个问题需要降低数据速率和系统组件的性能要求,而不会对数据质量产生不利影响。系统还应节省空间且高效。嵌入式 3D 摄像头来自 Ensenso XR 系列 在这种情况下,集成数据处理是一个理想的选择。

许多带有 3D 相机的机器视觉应用程序根据空间视觉(立体视觉)原理工作。在这些应用中,相机图像以高分辨率和帧速率进行处理,以确保结果数据可快速用于进一步处理。从立体相机提供的图像计算三维数据(点云)需要许多复杂的过程步骤。


Ensenso XR:具有集成数据处理功能的强大 3D 相机。图片来源:IDS 成像开发系统有限公司

这些步骤以前由功能强大的工业 PC (IPC) 执行,但对结果数据的速度和质量要求越来越高,现代 3D 立体相机(例如 Ensenso X 系列)采用具有千兆以太网接口的高分辨率 2D 相机。

将 2D 输出数据有效传输到处理 IPC 涉及优化网络带宽使用,以避免数据丢失或时间延迟。 IPC 硬件的处理能力也必须不断增加,以避免限制整个系统。

3D 相机系统的性能可以通过使用高质量组件进一步增强。可更换的 2D 相机和 Ensenso X 系列的灵活设计使这些相机能够使用一系列数据接口和传感器分辨率,并根据物体尺寸、速度和质量要求继续增长。

某些应用无法证明高分辨率、快速 GigE 相机、高性能网络技术、特殊屏蔽电缆和强大 PC 硬件的费用和空间要求是合理的。 Ensenso 正在通过其新的 XR 相机系列寻求一种不同的方法,专门针对这些应用。

物联网 (IoT) 的一个关键原则是分布式系统中的每个单独组件都应该执行特定的任务,产生可以被其他系统直接利用的结果。例如,3D 相机产生真实物体像素的三维坐标。

3D 过程的比较。

3D 过程的比较。图片来源:IDS 成像开发系统有限公司

板载 Ensenso 3D 处理

SoC(片上系统)集成到 Ensenso XR 投影仪单元中。这一强大的功能允许相机自行执行 3D 处理,包括立体分析。

一旦镜头失真得到纠正,2D 输出图像就会通过虚拟相机旋转(校正)传输到轴平行立体系统。这使得所有后续分析变得更加简单。

为适应静态或移动场景而设计的高度优化的匹配算法用于在记录的图像对中搜索相应像素。相机的不同视角意味着这些像素在图像平面中会受到不同的水平位移。这被称为差异。

平行立体系统中的几何关系导致这种差异,表示以毫米为单位的 3D 点的空间深度度量。这发生在应用光束组和已知系统参数(例如,像素大小、焦距和立体系统的基本长度)之后。

这些像素操作是时间和计算密集型的,要求它们由相机中的支持 FPGA 并行执行。

这可以实现与 3D 数据速率相当的 3D 数据速率。 Ensenso X 系统 在配备 Intel Core i7 Quad CPU 的台式电脑上执行立体分析。

通过将集成数据处理与 FlexView2 技术相结合,准确、快速地获取图像细节相辅相成。

Martin Hennemann,IDS 产品经理和 3D 图像处理专家

嵌入式功能的好处

Ensenso XR36 系列模型与 FlexView2 技术配合使用,可为静态场景的 3D 数据集处理多达 16 个快速连续图像。这不会产生将原始数据传输到主机 PC 的额外延迟。

FlexView2 对投影仪图案的位移促进了每个图像对的不同 3D 点结果,最终有助于实现极高分辨率的 3D 表示。

由于计算密集型过程已转移到相机中,因此不再需要使用功能强大的工业 PC。由于传输的是 3D 结果数据而不是高分辨率的 2D 原始数据,因此网络负载也减少了。

与使用工业 PC 进行外部处理相比,图像采集和高分辨率 3D 数据处理之间的快速、直接内存访问在带宽减少和结果率方面提供了巨大的价值。

特别是多相机系统将受益于新的 Ensenso XR 系列的资源节约功能。通过网络传输来自多个高分辨率 2D 摄像机的原始数据可能会导致带宽瓶颈,从而导致帧速率下降,从而对整体性能产生不利影响。

XR 系列的早期评估和同步数据缩减是多相机系统的理想解决方案,可提供可靠的结果率、降低外围组件的计算能力并减少空间需求。使用 Ensenso XR 相机时,扩展 3D 应用程序以满足要求要容易得多。

相机只会传输视差图,以进一步降低数据速率。 16 位 1 通道图像明显小于完整点云(带有颜色叠加的 32 位 RDB 图像)。这种简单的转换可以由 Ensenso SDK 执行,工业 PC 上的计算负载很小。

3D 多相机系统的比较。

3D 多相机系统的比较。图片来源:IDS 成像开发系统有限公司

3D 视觉应用的新独立性

The Ensenso XR 立体相机 与其他 3D 相机相比,它提供了更高的自主性。就速度、网络外围设备和 IPC 硬件的性能要求而言,这是 3D 应用程序的一个重要因素。

使用 Ensenso XR 相机可以简化 3D 应用程序的整个构建,同时降低成本,尤其是在多相机系统中。

新的 Ensenso XR 投影仪装置还配备了集成前灯。该灯支持工作环境校准,在没有外部照明或环境光线不足的情况下提高2D相机图像质量。

除了现有的 GigE 数据连接外,未来还计划增加一个 WiFi 接口。这对于在接线可能困难或昂贵的设置中临时访问数据和参数非常有用。

Ensenso XR 系列的持续改进为 3D 相机技术开辟了新的应用领域。因此,集成数据处理是有效优化数据交换的下一个合乎逻辑的步骤。您可以使用 Ensenso 选择器 在 IDS 网站上为您的应用找到合适的 3D 相机。

此信息来源于、审查和改编自 IDS 成像开发系统有限公司 提供的材料。

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