什么是 3D 激光三角測量？顧名思義，該技術(shù)使用三角計算從投射到物體上的激光線（或激光點）的圖像計算物體的高度。

圖片來源：Teledyne DALSA

您能否解釋一下，在過去二十年里，3D視覺技術(shù)發(fā)生了怎樣的變化？

像其他各種技術(shù)一樣，3D激光斷面儀也受益于更高速度下的密度增加、占地面積減少和微芯片集成水平提高。更高的速度、更大的帶有專用微處理器的FPGA和低功率、小尺寸的激光器使3D激光剖面儀更容易被用于一些在線檢測應(yīng)用。

為什么一維（線掃描）和二維（面積成像）在15年前主導(dǎo)了整個行業(yè)？

一維和二維成像傳感器繼續(xù)蓬勃發(fā)展，因為這些是3D激光傳感器的核心構(gòu)件之一。例如，具有集成圖像增強功能的高幀率圖像傳感器使3D激光測繪儀能夠提供更高的分辨率和更高的可靠性。

是什么讓3D技術(shù)比這些平臺更有優(yōu)勢？

圖像傳感器的質(zhì)量和速度、嵌入式視覺、FPGA、激光器、光學(xué)器件和智能系統(tǒng)的平行進步，使3D成像成為今天更可行的選擇。3D成像技術(shù)現(xiàn)在成本低、可靠、可重復(fù)、易于實施，并在各種高要求的應(yīng)用中得到驗證。雖然一維和二維仍在廣泛使用，但3D現(xiàn)在幾乎在所有情況下都能為決策矩陣增加寶貴的信息。

為了獲得更好的結(jié)果，應(yīng)用通常結(jié)合一維、二維和3D相機和傳感器，以獲得更多關(guān)于物體的信息，作為決策的基礎(chǔ)。更好的決策可以推動效率，減少浪費，并提高利潤率。

Teledyne提供哪些3D激光三角測量平臺？與消費者可獲得的類似設(shè)備相比，這些設(shè)備如何？

圖片來源：Teledyne DALSA

Z-Trak2?系列3D激光測繪儀采用Teledyne的3D圖像傳感器技術(shù)。Z-Trak2 S2K0系列具有45,000赫茲剖面和5GigE Vision接口，針對高速、在線3D測量應(yīng)用，而Z-Trak2 V2K0系列具有10,000赫茲剖面率和1GigE接口，針對成本敏感的在線測量應(yīng)用。

此外，Z-Trak2系列具有基于硬件的實時輪廓采集和處理功能，簡化了系統(tǒng)設(shè)計，同時最大限度地減少了處理開銷。憑借其單次掃描的HDR，Z-Trak2可以掃描不同反射率的表面，它避免了使用不同曝光時間的多次掃描來捕捉表面細節(jié)時所需要的復(fù)雜的圖像對齊和圖像拼接。

單線多傳感器同步及其通過組合不同類型的多個Z-Traks來創(chuàng)建一個共同的測量空間的能力，確保了強大、可靠和可重復(fù)的結(jié)果。

您能解釋一下3D激光三角測量法是如何建立圖像的嗎？

一個典型的3D激光剖面儀使用激光線和二維圖像傳感器之間的三角關(guān)系來進行測量。3D激光斷面儀包含一個激光器，與圖像傳感器的距離是已知的；圖像傳感器相對于激光器傾斜了一個已知的角度。

傳感器上成像的激光線的距離、角度和位置被用來計算物體沿激光線的高度（Z）和寬度（X）。兩個連續(xù)輪廓之間的已知位移提供了沿運動的長度（Y）。

這項技術(shù)是如何保持低成本的？

集成式激光三角剖面儀更容易使用和設(shè)置，不需要對操作員進行專門的培訓(xùn)就能得到結(jié)果。例如，所有的Z-Trak2型號在出廠前都經(jīng)過校準，以世界測量單位輸出高度和寬度。

此外，所有Z-Trak2型號都使用標準的現(xiàn)成電纜和網(wǎng)絡(luò)組件，以建立成本效益高的3D測量系統(tǒng)。為了進一步降低總擁有成本，Teledyne DALSA還在使用Z-Trak1或Z-Trak2時提供免費的Sherlock 8軟件許可（一種經(jīng)過現(xiàn)場驗證的點選式機器視覺軟件包，適用于工廠車間應(yīng)用）。

您能解釋一下高速CMOS傳感器的進步與FPGA和強大的嵌入式系統(tǒng)的結(jié)合是如何推動這項技術(shù)的？

高性能CMOS圖像傳感器提供了高幀率和片上功能，如HDR、分選和多AOIs。高幀率/剖面率使3D剖面儀能夠以更高的分辨率掃描快速移動的物體，而不會降低生產(chǎn)線的速度。當與FPGA結(jié)合時，剖析器可以從各種預(yù)處理步驟中卸載處理器，同時以確定的方式提供結(jié)果。

在不影響精度的情況下，3D激光三角測量法可以在什么范圍內(nèi)操作？

利用這項技術(shù)可以實現(xiàn)廣泛的光學(xué)排列，而不必改變處理結(jié)構(gòu)。簡單地改變機械和光學(xué)設(shè)計以獲得不同的分辨率，可以從幾米下降到5微米。

為什么用戶現(xiàn)在越來越多地轉(zhuǎn)向這種技術(shù)？

成本的降低、速度的提高、部署和維護的方便，使3D剖面儀得到更廣泛的接受。幾乎所有的機器視覺應(yīng)用都可以使用在線高度、寬度和長度測量來提高產(chǎn)品質(zhì)量和減少浪費。

圖片來源：Teledyne DALSA

是什么使這項技術(shù)易于集成，為什么會有這樣的優(yōu)勢？

像Z-Trak2這樣的集成激光三角測量儀包括一個激光器、一個二維圖像傳感器、鏡頭和過濾器，這些都是在工廠校準過的。它們的目標是易于使用和低維護，因為它們不需要特別的操作員培訓(xùn)或任何現(xiàn)場重新校準。

此外，一些輪廓傳感器，如Z-Trak2，使用標準的現(xiàn)成電纜和網(wǎng)絡(luò)組件來建立成本效益高的3D測量系統(tǒng)。與第三方或?qū)Ｓ熊浖幕ゲ僮餍允拐献兊渺`活，并保留了對軟件工具的投資。為了幫助進一步降低擁有成本，Teledyne DALSA提供免費的Sherlock 8軟件許可。

如何利用人工智能來推動這項技術(shù)？

現(xiàn)代電子技術(shù)和人工智能（AI）的發(fā)展，使系統(tǒng)變得更加強大，而且成本合理。例如，我們的Z-Trak系列剖面儀在輸出剖面圖的同時也輸出強度數(shù)據(jù)。通過結(jié)合這些數(shù)據(jù)，人工智能模型可以對不同的缺陷進行分類。

3D激光三角測量法有哪些缺點？Teledyne是如何解決這些問題的？

剖析儀中使用的三角測量設(shè)置會產(chǎn)生遮擋，因為激光和圖像傳感器總是相互成一個角度。Teledyne DALSA能夠?qū)⒍嗯_Z-Trak輪廓儀結(jié)合起來，從不同角度掃描物體，以消除遮擋現(xiàn)象。激光斑點也是一個挑戰(zhàn)，它是激光器本身產(chǎn)生的固有噪聲，降低了系統(tǒng)的分辨率。