?3D機(jī)器視覺是一種用于三維測量和檢查的技術(shù)，它通過傳感器獲取物體的三維空間信息，并進(jìn)行處理和分析，以實(shí)現(xiàn)物體的識別、檢測、跟蹤和測量等操作。3D機(jī)器視覺系統(tǒng)通過多模塊協(xié)同工作實(shí)現(xiàn)三維空間信息的獲取、處理與應(yīng)用，其核心結(jié)構(gòu)可分為硬件層與軟件層兩大板塊，具體組成及功能如下：
一、硬件層：三維信息采集與傳輸
三維傳感器（核心輸入設(shè)備）
結(jié)構(gòu)光傳感器：投射特定波長的紅外激光（不可見）到物體表面，通過分析光柵或線光源的畸變計(jì)算深度信息，精度可達(dá)亞毫米級，適用于靜態(tài)物體檢測（如工業(yè)零件尺寸測量）。
雙目立體視覺傳感器：模擬人眼視差原理，利用兩個(gè)相機(jī)從不同角度拍攝物體，通過計(jì)算圖像對應(yīng)點(diǎn)間的視差獲取三維幾何信息，成本低且適合室外環(huán)境（如自動駕駛障礙物檢測）。
飛行時(shí)間（ToF）傳感器：測量光脈沖從發(fā)射到反射回傳感器的時(shí)間差，直接生成深度圖，實(shí)時(shí)性強(qiáng)但分辨率較低（通?！?40x480），適用于動態(tài)場景（如掃地機(jī)器人避障）。
激光三角測量傳感器：通過激光線掃描物體表面，利用反射角變化建模三維形狀，精度達(dá)微米級，適合小范圍高精度檢測（如PCB板焊接質(zhì)量檢測）。
光學(xué)系統(tǒng)（輔助成像）
鏡頭：由多組透鏡（凸透鏡、凹透鏡）組成，負(fù)責(zé)將物體反射光線聚焦到傳感器上，關(guān)鍵參數(shù)包括焦距（控制視場范圍）、光圈（調(diào)節(jié)進(jìn)光量與景深）和分辨率（匹配傳感器像元密度）。
光源：增強(qiáng)目標(biāo)特征（如紋理、邊緣）并抑制環(huán)境光干擾，類型包括可見光（白光/單色光）、紅外光、紫外光等。照明方式可分為背向照明（高對比度圖像）、前向照明（便于安裝）、結(jié)構(gòu)光照明（投射編碼圖案）和頻閃光照明（高頻率光脈沖同步）。
圖像采集設(shè)備（數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與傳輸）
工業(yè)相機(jī)：將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，按掃描方式分為隔行掃描相機(jī)和逐行掃描相機(jī)，按輸出信號分為模擬相機(jī)和數(shù)字相機(jī)。
圖像采集卡：將相機(jī)輸出的模擬或數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為一定格式的圖像數(shù)據(jù)流，同時(shí)控制相機(jī)參數(shù)（如觸發(fā)信號、曝光時(shí)間），并傳輸至計(jì)算機(jī)處理。
二、軟件層：三維信息處理與應(yīng)用
圖像處理與分析軟件
預(yù)處理模塊：對原始圖像進(jìn)行去噪、增強(qiáng)、校正等操作，改善圖像質(zhì)量。
特征提取模塊：通過算法提取圖像中的關(guān)鍵特征（如邊緣、角點(diǎn)、紋理），為三維重建提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
三維重建模塊：利用結(jié)構(gòu)光、雙目視覺或ToF數(shù)據(jù)，通過三角測量、立體匹配等算法生成點(diǎn)云數(shù)據(jù)，進(jìn)一步構(gòu)建三維模型。
深度學(xué)習(xí)模塊：結(jié)合Transformer、NeRF（神經(jīng)輻射場）等模型，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)云分割、單目深度估計(jì)、3D重建等高級功能，提升自動化程度和準(zhǔn)確率。
控制與決策系統(tǒng)
計(jì)算機(jī)處理器：運(yùn)行圖像處理與分析軟件，完成三維重建、目標(biāo)識別等復(fù)雜計(jì)算任務(wù)。
控制器：根據(jù)處理器輸出的控制指令，驅(qū)動機(jī)械臂、AGV（自動導(dǎo)引車）等設(shè)備完成抓取、分揀、導(dǎo)航等操作。
三、典型3D機(jī)器視覺系統(tǒng)工作流程
數(shù)據(jù)采集：三維傳感器投射結(jié)構(gòu)光或發(fā)射光脈沖，同時(shí)相機(jī)拍攝物體圖像。
數(shù)據(jù)傳輸：圖像采集卡將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并傳輸至計(jì)算機(jī)。
三維重建：軟件對圖像進(jìn)行預(yù)處理、特征提取和三維重建，生成點(diǎn)云或三維模型。
目標(biāo)識別與定位：通過深度學(xué)習(xí)算法識別物體類型，并計(jì)算其位置和姿態(tài)。
控制決策：根據(jù)識別結(jié)果生成控制指令，驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成相應(yīng)操作。