3D 이미징 자세히 살펴보기

Jun 10, 2024

차트 1: 이 3D 기술 지도는 능동형인지 수동형인지, 삼각 측량, 비행 시간 또는 간섭계를 사용하는지 여부에 따라 다양한 유형의 3D 이미징을 보여줍니다. 출처 : 아픈

차트 2: 이 차트는 Z 해상도 및 정확도와 거리 및 시야(FOV)를 고려할 때 여러 3D 기술을 비교하는 방법을 보여줍니다. 출처 : 아픈

특정 비전 작업을 해결하는 방법은 여러 가지가 있습니다. 어떤 경우에는 2D 또는 3D 비전 중 하나를 선택하는 것이 분명하지만 다른 경우에는 두 기술 모두 작동할 수 있지만 각각 특정 이점을 제공합니다. 신뢰할 수 있는 머신 비전 솔루션을 제공하려면 이러한 이점과 이를 특정 애플리케이션에 적용하는 방법을 이해하는 것이 중요합니다. 일반적으로 3D는 물체의 부피, 모양, 3D 위치를 분석하는 것뿐만 아니라 대비가 낮지만 높이 차이가 감지 가능한 부품 및 결함을 감지하는 데 가장 적합합니다. 3차원은 주로 측정, 검사, 위치 결정에 사용되지만 대비 정보가 누락된 경우 각인된 코드나 텍스트를 읽는 데 3D를 사용하는 경우도 있습니다.

3차원 캡처는 다양한 방법으로 수행할 수 있으며, 사용 가능한 각 머신 비전 기술에는 장단점이 있습니다. 3차원 이미징은 수동형과 능동형의 두 가지 주요 범주로 나눌 수 있습니다. 거기에서 훨씬 더 구체적인 기술로 나눌 수 있습니다. 패시브 기술에는 초점 심도, 라이트 필드 및 스테레오가 포함됩니다. 주요 능동 기술은 비행시간, 구조광, 간섭계를 기반으로 합니다. 3차원 이미징은 스냅샷 및 스캐닝 방법을 포함하여 이미지가 실제로 획득되는 방법으로 더 세분화될 수 있습니다.

스냅샷 기술

"스냅샷" 방법을 사용하는 능동 시스템과 수동 시스템이 모두 있습니다. 이는 수년간 사용해온 카메라에 사용되는 방식이기 때문에 대부분의 사람들에게 친숙한 기술이다. 스냅샷 방법은 스냅샷 이미지를 생성하는 동시에 이미지의 모든 픽셀을 캡처합니다. 패시브 스테레오의 경우 서로 다른 관점에서 캡처된 여러 이미지가 있으며 이미지 간의 차이를 사용하여 물체까지의 거리를 계산합니다(사람의 시각을 생각함). 카메라를 여러 위치로 이동할 수 있는 경우 단일 카메라로도 동일한 솔루션을 구현할 수 있습니다.

능동 스냅샷 기술에는 빛이 대상으로 이동하고 센서 배열로 돌아오는 데 걸리는 시간을 측정하는 비행 시간이 포함됩니다. 이러한 방식으로 각 픽셀은 직접 3D 측정값을 얻으며 하나의 센서만 필요합니다. 활성 옵션 코딩된 조명 프로젝션과 같은 스냅샷 기술의 변형이 있습니다. 이 경우 조명 패턴이 바뀌면서 동일한 물체에 대한 여러 고속 이미지가 캡처됩니다. 그런 다음 조명 패턴의 차이를 기반으로 깊이를 보여주는 합성 이미지가 생성됩니다. 일반적으로 패턴은 점점 더 좁아지는 일련의 선입니다. 더 높은 해상도를 얻으려면 더 미세한 선이 사용됩니다.

스캐닝 기술

그런 다음 레이저 빛이 물체에 투사되는 레이저 삼각 측량과 같은 스캐닝 기술이 있으며, 물체가 스캐닝 영역을 통해 이동할 때 카메라는 빛 투사 이미지를 (일반적으로 고속) 캡처합니다. 다른 유형의 스캐닝 기술은 초점 심도입니다. 미리 설정된 범위에 걸쳐 일련의 이미지를 포착하여 3차원 데이터가 생성됩니다. 이미지 스택을 스캔하여 로컬 초점이 최대화되는 위치를 확인하고 여기에서 범위가 파생됩니다. 이 방법은 구조화된 조명이 필요하지 않다는 점에서 유리하지만 속도가 느릴 수 있고 물체에 초점을 추정하기 위한 일부 구조가 필요합니다.

스캐닝 기술에서 3D 이미지는 측정 영역을 통해 개체를 이동하거나 개체 위로 카메라를 이동하여 프로필별로 획득됩니다. 올바른 3D 데이터와 유효한 3D 이미지를 얻으려면 움직임이 일정하거나 잘 알려져 있어야 합니다(예: 인코더를 사용하여 동작 추적). 생성된 3D 이미지는 일반적으로 매우 정확합니다. 스냅샷 기술은 일반 소비자용 카메라처럼 단 한 장의 사진을 3D로 촬영하여 물체의 완전한 3D 이미지를 생성합니다. 물체나 카메라의 움직임은 필요하지 않지만 스캐닝 기술만큼 정확하지 않은 이미지를 생성합니다.