Découvrir l'avenir de la vision 3D avec la technologie de lumière structurée parallèle

Depuis de nombreuses années, le principal défi de la vision 3D était de développer un « œil » robotique capable de capturer le monde réel tel qu'il est — en mouvement.

Les technologies de détection 3D conventionnelles ont lutté contre ce défi, aucune n'étant capable de scanner des objets se déplaçant rapidement et, en même temps, de fournir des données d'image 3D satisfaisant les exigences clients de haute résolution et précision.

Cela a changé avec la nouvelle technologie de lumière structurée parallèle, qui met fin au dilemme entre qualité et vitesse. Nous sommes enfin arrivés dans l'avenir de la vision 3D.

Lumière structurée parallèle expliquée par Marcel Svec, Directeur Produit de l'Unité Capteurs.

Dans notre précédent article de blog sur « La révolution de la vision industrielle », nous avons discuté du concept de scan 3D en mouvement. Nous avons répondu à la question de pourquoi cela pose un défi pour les technologies standard et comment la lumière structurée parallèle le surmonte. Nous avons plongé en profondeur dans le fonctionnement de la technologie et sa position par rapport aux autres approches.

Dans cet article, nous adopterons une position plus pratique.

Comme vous le savez, la technologie de lumière structurée parallèle est implémentée dans la caméra 3D MotionCam-3D. Aujourd'hui, nous examinerons la technologie du point de vue de l'appareil : nous passerons en revue les principales parties et caractéristiques du corps de MotionCam-3D, les différents modèles pour différentes applications, ses capacités de scan et où vous pouvez les utiliser, et les fonctionnalités uniques que vous n'obtiendrez pas avec d'autres technologies.

Pour cela, nous comparerons les sorties d'image 3D des technologies de détection 3D les plus populaires et les comparerons à la lumière structurée parallèle pour obtenir une compréhension objective de leurs performances.

Qu'est-ce que MotionCam-3D ?

Commençons par une explication très basique de ce qu'est MotionCam-3D :

MotionCam-3D est une caméra 3D à balayage de zone industrielle — c'est-à-dire un « œil » robotique — qui peut être utilisée pour une variété d'applications pour automatiser des processus industriels, logistiques et autres. En permettant aux robots de voir, la caméra leur permet de manipuler des objets dans l'espace 3D ou d'évaluer leur qualité pendant la fabrication.

Faits de base sur MotionCam-3D

MotionCam-3D se compose de trois parties principales :

1. Un projecteur qui émet de la lumière sur la scène
2. Une unité caméra qui capture la scène
3. Une unité de traitement qui calcule les données 3D et les envoie via Ethernet vers un PC

L'appareil peut aussi être alimenté via Ethernet ou, alternativement, via un connecteur d'alimentation 24V.

Tous ces composants sont assemblés dans un corps en carbone élégant, robuste et durable, pesant moins de 1,5 kilogramme. C'est un avantage particulier pour les applications main-œil.

MotionCam-3D est disponible en trois tailles différentes avec des portées de scan différentes :

1. Modèle S = le plus petit modèle avec une portée de scan jusqu'à 60 cm. Il existe aussi une version étendue S+ avec une portée jusqu'à 150 cm.
2. Modèle M = le modèle moyen avec une portée de scan jusqu'à 100 cm. La version étendue M+ offre une portée jusqu'à 150 cm et une précision améliorée.
3. Modèle L = le plus grand modèle avec une portée de scan jusqu'à 300 cm.

Les modèles + avec portées étendues sont particulièrement adaptés aux applications main-œil.

Les cinq modèles offrent la même résolution allant jusqu'à 2 millions de points 3D, la densité du nuage de points dépendant de la distance de scan. Par exemple, pour une distance de scan de 1 mètre, la densité équivaut à 4 points par millimètre carré.

Où pouvez-vous utiliser MotionCam-3D ?

La performance de scan robuste de MotionCam-3D vous permet de scanner une grande variété d'objets faits de différents types de matériaux, notamment mais sans s'y limiter :

• Caoutchouc noir
• Aluminium
• Petites pièces métalliques fines et brillantes
• Objets en plastique
• Carton
• Objets semi-transparents ou rétroéclairés

La capacité de scanner divers matériaux, combinée à sa haute résolution, précision et robustesse élevée dans des environnements industriels exigeants et conditions difficiles, fait de MotionCam-3D un dispositif de vision 3D parfait pour l'automatisation dans une large gamme d'applications telles que :

• Prélèvement en bac (bin picking)
• Palettisation et dépalettisation
• Emballage
• Tri
• Dimensionnement de boîtes
• Inspection qualité
• Et bien d'autres

Maintenant, qu'est-ce qui rend MotionCam-3D si unique par rapport aux autres technologies de détection 3D ?

Lumière structurée parallèle vs lumière structurée

Si votre objectif est une haute qualité de données 3D, les capteurs à lumière structurée peuvent être un bon choix. Ils peuvent fournir des données robustes à haute précision et scanner toutes sortes de matériaux et surfaces dans diverses conditions.

Cependant, ils ont une limitation sérieuse : ils ne peuvent être utilisés que si la scène est parfaitement statique. En voici la raison :

Un système à lumière structurée projette une séquence de motifs lumineux sur la scène. Si l'objet bouge, le motif projeté se brise. Cela résulte en un motif illisible avec bruit élevé, artefacts volants ou nuages de points incomplets.

Si vous devez scanner des scènes en mouvement, il existe d'autres technologies plus adaptées. Examinons-les maintenant.

Lumière structurée parallèle vs stéréo active / ToF

Les technologies de détection 3D les plus populaires pour scanner des objets en mouvement sont les systèmes Time-of-Flight (ToF) ou stéréo active.

Leur principal avantage est la haute vitesse de scan. Malheureusement, c'est au détriment de la qualité. La résolution de ces systèmes est généralement VGA (Video Graphics Array = norme de résolution pour l'affichage graphique sur moniteurs) et leur précision ne peut atteindre que quelques millimètres. Un autre point faible est qu'ils ne peuvent pas afficher de beaux détails sur les bords des objets scannés et l'image 3D a un bruit plutôt élevé.

En résumant les arguments ci-dessus, nous obtenons ce qui suit :

D'un côté, il y a les systèmes stéréo actifs ou Time-of-Flight, qui offrent haute vitesse mais basse qualité.

De l'autre, il y a les systèmes à lumière structurée, qui offrent haute qualité mais ne peuvent pas être utilisés pour scanner des objets en mouvement ou vibrants.

Mais nous voulons atteindre à la fois haute vitesse et haute qualité pour pouvoir scanner des objets en mouvement rapide en haute résolution et précision. C'est une nécessité dans d'innombrables applications, alors comment obtenir des résultats satisfaisants ?

Heureusement, la technologie de lumière structurée parallèle réunit le meilleur des deux mondes — la vitesse de la stéréo active et des systèmes Time-of-Flight et la qualité des capteurs à lumière structurée.

Regardez la scène ci-dessous, capturée par MotionCam-3D.

La scène est en mouvement mais l'image 3D reste parfaitement claire. On peut voir :

• Un nuage de points haute résolution avec 900 000 points 3D
• Précision submillimétrique
• Faible bruit
• Contours détaillés des objets scannés
• Haute robustesse
• Complétude du scan sur divers matériaux

MotionCam-3D possède aussi un mode statique, qui double la précision et la résolution à 2 Mpx. Cela en fait un appareil véritablement polyvalent pour tous types d'applications.

Changement de paradigme qui transforme la vision industrielle

La technologie de lumière structurée parallèle met enfin fin au dilemme sur savoir si vous devriez privilégier la vitesse sur la qualité ou l'inverse pour vos projets.

Elle représente un véritable changement de paradigme dans l'industrie de la vision industrielle car elle peut rendre les applications existantes plus rapides et plus fiables. En même temps, elle ouvre la porte à de nombreuses nouvelles applications qui n'étaient pas possibles auparavant.

Les principaux avantages de MotionCam-3D incluent :

• Elle peut être déployée dans des systèmes dynamiques sans besoin de synchronisation
• Elle peut être déployée dans des applications où le mouvement n'est pas linéaire mais aléatoire
• Elle peut accélérer les applications 3D conventionnelles comme le prélèvement en bac
• Elle peut être utilisée pour le scan de scènes vibrantes
• Elle bénéficie à la robotique main-œil car le robot n'a pas besoin de s'arrêter pour faire un scan
• Elle fournit un flux continu de données 3D de haute qualité comparé aux technologies qui ne peuvent faire qu'un scan à la fois
• Grâce à sa haute vitesse de scan, elle peut remplacer des applications 2D complexes sans besoin d'éclairage et de calibrage sur site
• Et bien plus encore, car ce n'est qu'un petit échantillon des possibilités offertes par MotionCam-3D.

Explorons-les ensemble. Il est temps de voir le monde en mouvement.