Un examen plus approfondi de l'imagerie 3D

Jun 10, 2024

Graphique 1 : Cette carte des technologies 3D illustre les différents types d'imagerie 3D selon qu'elles sont actives ou passives, et selon qu'elles utilisent la triangulation, le temps de vol ou l'interférométrie. Source : MALADE

Graphique 2 : Ce graphique montre comment plusieurs technologies 3D se comparent en considérant la résolution et la précision Z par rapport à la distance et au champ de vision (FOV). Source : MALADE

Il existe souvent de nombreuses façons possibles de résoudre une tâche de vision spécifique. Dans certains cas, le choix entre la vision 2D ou 3D est évident, mais dans d'autres cas, les deux technologies pourraient fonctionner, même si chacune offre certains avantages. Il est important de comprendre ces avantages et comment ils s’appliquent à une application donnée afin de fournir une solution de vision industrielle fiable. En général, la 3D est la mieux adaptée non seulement pour analyser le volume, la forme ou la position 3D d'objets, mais également pour détecter des pièces et des défauts présentant un faible contraste mais présentant une différence de hauteur détectable. La troisième dimension est principalement utilisée pour mesurer, inspecter et positionner, mais il existe également des cas où la 3D est utilisée pour lire du code ou du texte imprimé lorsque les informations de contraste manquent.

Capturer la troisième dimension peut être réalisé de différentes manières, et chacune des technologies de vision industrielle disponibles a ses avantages et ses inconvénients. L’imagerie tridimensionnelle peut être divisée en deux catégories principales : passive et active. À partir de là, il peut être divisé en techniques beaucoup plus spécifiques. Les techniques passives incluent la profondeur de mise au point, le champ lumineux et la stéréo. Les principales techniques actives sont basées sur le temps de vol, la lumière structurée et l'interférométrie. L'imagerie tridimensionnelle peut être décomposée en fonction de la manière dont l'image est réellement acquise, y compris les méthodes d'instantané et de numérisation.

TECHNOLOGIE INSTANTANÉE

Il existe des systèmes actifs et passifs qui utilisent la méthode « instantané ». C’est la technique que la plupart des gens connaissent car c’est la méthode utilisée dans les caméras qu’ils utilisent depuis des années. La méthode d'instantané capture tous les pixels de l'image en même temps, créant l'image instantanée. Dans le cas de la stéréo passive, plusieurs images sont capturées sous différentes perspectives, et la différence entre les images est utilisée pour calculer la distance à l'objet (pensez à la vue humaine). Cette même solution peut également être réalisée avec une seule caméra, si la caméra peut être déplacée vers plusieurs emplacements.

Une technique d’instantané actif inclurait le temps de vol, qui mesure le temps nécessaire à la lumière pour se rendre à la cible et revenir à un réseau de capteurs. De cette manière, chaque pixel obtient directement une mesure 3D et un seul capteur est nécessaire. Il existe des variantes de la technique de l'instantané, comme la projection de lumière codée en option active. Dans ce cas, plusieurs images à grande vitesse du même objet sont capturées à mesure que le motif d'éclairage change. Ensuite, une image composite est créée montrant la profondeur en fonction des différences dans les modèles d'éclairage. Généralement, les motifs sont une série de lignes de plus en plus étroites ; des lignes de plus en plus fines sont utilisées pour obtenir une plus grande résolution.

TECHNOLOGIE DE NUMÉRISATION

Il existe ensuite des techniques de numérisation telles que la triangulation laser dans lesquelles une lumière laser est projetée sur l'objet et la caméra capture (généralement à grande vitesse) des images de la projection lumineuse lorsque l'objet se déplace dans la zone de numérisation. Un autre type de technique de numérisation est la profondeur à partir de la mise au point. Des données tridimensionnelles sont créées en saisissant une séquence d'images sur une plage prédéfinie. La pile d'images est analysée pour voir où la mise au point locale est maximisée, et la plage en est dérivée. Cette méthode, bien que bénéfique dans la mesure où aucune lumière structurée n'est nécessaire, peut être lente et l'objet doit avoir une certaine structure pour estimer la mise au point.

Dans une technologie de numérisation, les images 3D sont acquises profil par profil soit en déplaçant l'objet à travers la région de mesure, soit en déplaçant la caméra sur l'objet. Pour obtenir les données 3D correctes et donc une image 3D valide, le mouvement doit être soit constant, soit bien connu, par exemple en utilisant un encodeur pour suivre le mouvement. Les images 3D créées sont généralement très précises. Les technologies Snapshot créent une image 3D complète des objets en prenant une seule photo, tout comme un appareil photo grand public classique, mais en 3D. Le mouvement des objets ou de la caméra n'est pas nécessaire, mais les technologies produisent des images qui ne sont pas aussi précises que les technologies de numérisation.