Software : Warum sich 3D-Bildbearbeitung lohnt

Üblicherweise haben Bildverarbeitungssysteme Objekte geprüft, indem sie die dreidimensionale Welt auf zweidimensionale flache Bilder reduziert haben. Durch sorgfältige Auswahl von Software, Hardware und Kalibrierung können Daten der Breiten- und Längenmaße aus 2D-Bildverarbeitungsbildern extrahiert werden. Für viele industrielle Anwendungen, bei denen es um die Prüfung oder Montage von Objekten geht, müssen für reibungslose Abläufe jedoch auch Höheninformationen berücksichtigt werden. Für solche Anwendungen können mit 3D-Bildverarbeitung Breiten-, Längen- und Höheninformationen von Objekten erfasst und verarbeitet werden.

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Die überwiegende Mehrheit der industriellen Anwendungen umfasst die Führung, Identifizierung, Messung oder Prüfung von 3D-Objekten. Bei diesen Aufgaben müssen sich EntwicklerInnen von industriellen Bildverarbeitungssystemen die Frage stellen, welche zusätzlichen Kosten und zusätzliche Komplexität sie in das System zu integrieren bereit sind, um ihre automatisierten Prüf- oder Montageziele zu erreichen.

Warum 3D-Punktwolken statt 2,5D-Daten

Heute bietet die Darstellung von Daten als 3D-Punktwolken eine Lösung, um wahrgenommene Verzerrungen zu vermeiden und mehrere Z-Werte für jeden X-, Y-Wert zu erfassen. Inzwischen kombiniert moderne Bildverarbeitungssoftware kostengünstige 3D-Bildgebungshardware mit leistungsstarken 3D-Algorithmen. Diese Integration führt zu einer höheren Genauigkeit und ermöglicht die Lokalisierung von versteckten oder verdeckten Defekten. Sie erleichtert auch die Arbeit des Bedieners, da vollständig dargestellte 3D-Objekte anstelle von 2,5D-Bildern angezeigt werden, bei denen die Höhe durch Farbe dargestellt wird.

2,5D-Daten bieten mehr als reine 2D-Daten, stellen aber nur einen Teil dessen dar, was Menschen sehen können. Im Allgemeinen codieren Systeme, die Daten in 2,5D visualisieren, Höheninformationen mit Falschfarben, auf ähnliche Weise wie ein Wärmebild Temperaturinformationen durch verschiedenfarbige Pixel darstellt. Diese Profile schränken die Fähigkeiten eines Bildverarbeitungssystems ein, da sie schwer zu interpretieren sind und es für Bediener schwierig machen, die Details eines 3D-Teils zu verarbeiten. So können visuelle Inspektionen aufgrund perspektivischer Verzerrungen eine geringere Genauigkeit aufweisen.

Ein echtes 3D-Bildverarbeitungssystem stellt stattdessen eine Punktwolke bereit, bei der es sich um eine Sammlung von Datenpunkten aus einer Szene handelt, die unabhängig vom Empfänger oder dem zugrunde liegenden Gitter ist, sodass das System das Objekt vollständig entsprechend seines Erscheinungsbildes in der realen Welt darstellen kann.

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Erstellen echter 3D-Werkzeuge

Trotz der Vorteile einer echten 3D-Punktwolke bei automatisierten Messungen ist die Akzeptanz von 3D-Systemen für die Bildverarbeitungsprüfung bislang recht gering. Die Bedenken hinsichtlich Kosten, Komplexität und Leistung im Vergleich zu 2D-Inspektionslösungen sind zu groß. Eine echte integrierte 3D-Lösung kann diese Bedenken jedoch ausräumen. Echte 3D-Algorithmen sind für geometrische 3D-Strukturen wie Quader, Kugeln und Zylinder konzipiert. Diese geometrischen Strukturen eignen sich zum Definieren von Teilen der 3D-Punktwolke als Zielbereiche. So können Zielbereiche einfach und effektiv in 3D angezeigt werden. Im Gegensatz dazu müssen Designer die Verzerrungen und verborgenen Merkmale berücksichtigen, die bei Verwendung eines 2D-Algorithmus auf ein 2,5D-Bild auftreten können. Dazu muss der Zielbereich mit der Auflagefläche unter dem Objekt ausgerichtet werden.

Fazit

Jüngste Fortschritte bei Halbleitern und Sensoren sorgen dafür, dass die Kosten für die Aufnahme eines industriellen Bildverarbeitungsbildes sinken. So können Designer ihre Bildverarbeitungslösungen um weitere Kameras erweitern und erhalten umfangreiche Maßdaten für genauere Messungen und bessere Montage. Um die Anforderungen dieser zunehmend komplexen Automatisierungsaufgaben in einer 3D-Welt zu bewältigen, benötigen Designer Zugriff auf echte 3D-Algorithmus-Tools.

Ähnlich wie die Farbbildverarbeitung vor 15 Jahren setzt sich die Welt die 3D-Bildverarbeitung immer mehr durch, weil sie die menschliche Wahrnehmung nachahmt und Menschen intuitive Möglichkeiten bietet, mit modernen Maschinen zu interagieren. Diese zukünftigen 3D-Bildverarbeitungssysteme benötigen mehrere Sensoren und dichte echte 3D-Punktwolken, um anspruchsvollere Montage- und Prüfaufgaben zu bewältigen.

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