A visão 3D tem um papel importante na evolução e desenvolvimento da Indústria 4.0. Hoje explicamos as principais técnicas de visão 3D, as vantagens e limitações para ajudá-lo a escolher a melhor tecnologia para a sua aplicação.

Inspeção de pneus com visão 3D

Nos últimos anos, as inovações no campo da visão artificial foram concentradas na denominada visão 3D para realizar verificações que antes não eram possíveis utilizando técnicas de visão 2D. As aplicações mais comuns da visão 3D são o controle de qualidade (por meio de inspeções de superfície de objetos para detetar possíveis defeitos, excessos ou falta de material, soldaduras defeituosas, etc.), na metrologia ou controle dimensional (para obter uma série de magnitudes físicas 3D do objeto para verificar se estão dentro das tolerâncias permitidas) ou aplicações de guiamento de robots (que consiste em localizar a posição e orientação de um objeto, estimando as coordenadas espaciais para posteriormente recolha e colocação num ponto de destino mediante um sistema robótico).

Na verdade, nenhuma câmara de visão 3D é capaz de sozinha resolver todas as tarefas. Por esse motivo, devemos ponderar os prós e contras de cada tecnologia para determinar a escolha ideal. Para fazer isso, devemos fazer as seguintes perguntas:

  • Quero detetar a posição, forma, presença ou orientação dos objetos?
  • Que nível de precisão preciso?
  • Qual é a condição da superfície do objeto? Lisa, rugosa, refletora, translúcida, etc.
  • Qual é a distância de trabalho e velocidade de execução da minha aplicação?
sistema de visión 3D
Cada tecnologia tem as suas vantagens e limitações, por isso é importante conhecer as diferentes técnicas que estão a ser utilizadas para saber como abordar as soluções.

Triangulação a laser (Laser Triangulation)

A técnica de triangulação a laser é mais adequada para digitalização a distâncias curtas. Um laser de linha é usado como elemento de projeção e uma câmara monocromática é usada como elemento de deteção. Quando a linha laser atinge o objeto, a trajetória da linha é modificada. Portanto, a partir da triangulação trigonométrica, com a distância entre laser-sensor e sensor-objeto, é possível obter o ângulo de projeção relacionado com a distância entre o objeto e o sensor. Desta forma conseguimos obter uma nuvem de pontos complexa.

Vantagens: Esta técnica pode fornecer alta resolução e precisão na nuvem de pontos. Quando falamos de precisão, estamos a falar na ordem das dezenas de micrómetros. Além disso, o preço desses equipamentos é bastante atrativo.

Limitações: As propriedades do objeto podem afetar o processo, uma vez que ao usar um laser, objetos transparentes ou muito brilhantes são difíceis de digitalizar. Outra desvantagem da triangulação a laser é que exige deslocamento do equipamento ou do objeto.

Imagens estereoscópicas (Stereo Vision)

A visão estéreo funciona de maneira similar ao olho humano. Duas câmaras 2D capturam duas imagens a partir de posições diferentes, calculando o mapa 3D usando o princípio da triangulação. Em vez de trabalhar com uma câmara e um laser, trabalhamos com duas câmaras simulando o olho humano. Capturamos duas imagens e usando o ângulo conhecido entre as duas câmaras, fazemos uma correlação de pontos entre as duas imagens.

Os pixels são então emparelhados entre os dois conjuntos de imagens para produzir profundidade 3D. Os pontos coincidentes entre as imagens são baseados na variação da textura de forma a encontrar arestas e características distintas, o que pode causar problemas quando as superfícies da cena não têm contraste suficiente ou são demasiado semelhantes.

Vantagens: Nível de precisão e velocidade de digitalização.

Limitações: É necessário obter imagens de referência de excelente qualidade para um bom resultado. A falta de textura nas superfícies pode causar problemas.

Luz Estruturada (Structured Light)

Neste método, uma das posições da câmara usada nas técnicas de triangulação a laser e visão estéreo é substituída por um projetor que projeta diferentes padrões de luz (proporcionando a sua própria textura) na superfície do objeto e grava a forma como o objeto distorce esses padrões.

A luz estruturada usa a mesma ideia da triangulação trigonométrica, com a diferença do objeto ter de permanecer estático. Em vez de usar projeção laser de uma linha, é usado a projeção de padrão (Fringe Projection) geralmente binário. A luz estruturada é uma técnica rápida que permite obter bastante resolução. A projeção de padrão é uma técnica muito sensível à luz, como tal, bons resultados não podem ser obtidos no exterior ou em objetos transparentes.

Vantagens: A precisão é a sua principal virtude. Estes sistemas calculam milhões de pulsos de laser por picossegundo e podem fazer a digitalização de objetos grandes ou de ambientes completos.

Limitações: A lentidão. O tempo necessário para medir cada ponto da imagem varia em função do tamanho e da profundidade do objeto, sendo que cada ponto fornece essa informação à medida que for medido.

Time of Flight (ToF)

Os sistemas baseados em pulso laser, mais conhecidos como Time of Flight, são baseados no tempo que a emissão infravermelha demora a ir e a voltar a um objeto. Conhecendo a velocidade constante da luz (3 × 108m/s), podemos obter a distância exata de um objeto calculando o tempo que demora o infravermelho ser emitido até ao seu retorno. A grande vantagem do Time of Flight é a de permitir digitalizar ambientes e objetos de grande tamanho, embora seja mais lento na sua execução.

Vantagens: A velocidade de digitalização é sua principal vantagem. Grandes áreas também podem ser cobertas.

Limitações: É muito sensível às condições de iluminação em certos ambientes. Trabalhar ao ar livre num dia de sol é praticamente impossível. Em espaços fechados, é útil a construção de um espaço fechado que proteja o objeto da luz ambiente.

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