CMOS传感器在3D视觉、感测和度量中的应用
简述3D成像技术早在数十年前已经出现，但是民用化产品却只在2000年代才推出市场，那时主流电影企业发布利用高清摄影机拍摄的3D电影 。从那时开始，这一应用范围里，不论在速度、精度和3D图像分辨率都有飞跃进展，并且获得从消费性市场到机器视觉工业的广泛应用 。
随着工业4.0变革来临，面对诸如复杂的物件辨识和尺寸量度任务，以至人机互动所需要的复杂互动，2D视觉在精度和距离测量方面均出现技术限制，市场对3D视觉的需求因而与日俱增 。
3D视觉能提高机器人/机器系统在工业自动化应用的自主性和效率，提供2D视觉不能比拟的高精度质量检测，反向工程和物件度量等关键能力 。另一方面，视觉系统导向机器人的应用正在增长中，这一技术需要3D视觉来实现更好的遥距导向、障碍物辨识和精确移动 。
3D视觉也能保护需要大量人机互动的工厂工人，在系统级预防和排除危险状况，并通过监控系统，点算工场工人数目并把工人和机器人或物件分辨出来 。
3D视觉的能力能够实现更安全、性能更好和更高效的终端用户辅助系统，正在对社会带来影响力 。举个例子，3D视觉已成为无人驾驶车辆的先进自动驾驶者辅助系统和人机合作机器人等应用的关键技术 。
2D视觉在条形码扫描或光学字体辨识等应用的功用是无可置疑的 。它在工厂或仓库应用有不可或缺的角色，而随着区块炼技术的引进和电商市场发展，它在物流中心和运输应用有显着的增长 。TeLEDyne e2v 拥有专为条形码扫描而设计的2D 成像产品，例如是集合高性能和能够实现高可靠性高速扫描的Snappy 传感器系列 。
3D图像的生成有好几种技术和科技 。主流技术计有：
˙立体视觉： 使用两部相机从不同角度对准主体，并使用校准技术把相机和具体深度信息之间的像素信息对齐 。这类似于人类脑部目测距离的工作 。
˙结构化光线： 把一个已知的光线图案投射到主体上，然后根据图案在主体上的扭曲状况，计算深度信息 。
˙激光三角测量：激光三角测量通过将一部相机和一个激光光源配对，实现三维测量 。系统根据激光光源和相机之间已知的角度偏距，以三角几何理论量度出激光线的几何抵销(数值与主体的高度成比例) 。这是一项基于扫描主体的技术 。
˙飞行时间：一个光源与一个图像传感器同步，根据发出脉冲光线和光线反射回馈到传感器的时间计算出距离 。
每一种技术都有它的优缺点，所以技术的适用程度取决于应用类型(其中距离范围和深度精度要求是重点) 。表一列出了相对不同条件的技术比较 。
文章插图
表1：3D 成像技术"顶层"比较
虽然3D系统仍然占工业自动化和仓库应用视觉系统的一小部分，现在越来越多基于3D立体视觉、结构光线或激光技术的3D系统正在引进中 。这些系统有固定的工作距离，需要大量校准工作以实现特定的侦测范围 。而飞行距离系统则能解决这些挑战，并从应用角度提供更高灵活性，不过图像分辨率仍然是大部分这类技术面对的制肘 。
Teledyne e2v在机器视觉拥有长远的成功历史，例如是线阵相机和影像传感器，而近期则积极打造用于3D成像的专用平台 。这一平台将支持最新的工业应用，包括视觉导引机器人、物流应用自动化无人车辆、工厂监控和安全、手持式扫描仪以及户外应用 。Teledyne e2v致力长期提供基于多种3D技术的产品，以满足客户应用的需求 。
3D 视觉实现高速准确检测提高产能，表现超越2D工厂已进入自动化工作，以提高产能和在产品查验和库存的方方面面节省时间和金钱 。要优化这些因素，拥有视觉系统的机器需要更高速和以更佳性能工作 。
因应这些发展，2D视觉遇上了限制，使得3D视觉被广泛引进，以实施更高精度的质量检验，反向工程或物件量度任务 。三角测量技术正在这些应用中获大量使用，鉴于三轴图像要求高分辨率，需要非常高速的的传感器 。
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