Uno sguardo più da vicino all'imaging 3D

Jun 10, 2024

Grafico 1: questa mappa delle tecnologie 3D illustra i diversi tipi di imaging 3D in base al fatto che siano attivi o passivi e se utilizzino la triangolazione, il tempo di volo o l'interferometria. Fonte: MALATO

Grafico 2: questo grafico mostra il confronto tra diverse tecnologie 3D quando si considerano la risoluzione e la precisione Z rispetto alla distanza e al campo visivo (FOV). Fonte: MALATO

Spesso esistono molti modi possibili per risolvere uno specifico compito visivo. In alcuni casi, la scelta tra visione 2D o 3D è ovvia, ma in altri casi entrambe le tecnologie potrebbero funzionare sebbene ciascuna offra determinati vantaggi. È importante comprendere questi vantaggi e come si applicano a una determinata applicazione per fornire una soluzione di visione artificiale affidabile. In generale, il 3D è più adatto non solo per analizzare il volume, la forma o la posizione 3D degli oggetti, ma anche per rilevare parti e difetti che presentano un contrasto basso ma presentano una differenza di altezza rilevabile. La terza dimensione viene utilizzata principalmente per misurare, ispezionare e posizionare, ma ci sono anche casi in cui il 3D viene utilizzato per leggere codici o testi impressi quando mancano le informazioni sul contrasto.

Catturare la terza dimensione può essere effettuato in molti modi diversi e ciascuna delle tecnologie di visione artificiale disponibili presenta vantaggi e svantaggi. L'imaging tridimensionale può essere suddiviso in due categorie principali: passivo e attivo. Da lì può essere suddiviso in tecniche molto più specifiche. Le tecniche passive includono profondità di messa a fuoco, campo luminoso e stereo. Le principali tecniche attive si basano sul tempo di volo, sulla luce strutturata e sull'interferometria. L'imaging tridimensionale può essere ulteriormente suddiviso nel modo in cui l'immagine viene effettivamente acquisita, compresi i metodi di istantanea e scansione.

TECNOLOGIA ISTANTANEA

Esistono sia sistemi attivi che passivi che utilizzano il metodo “istantanea”. Questa è la tecnica con cui la maggior parte delle persone ha familiarità poiché è il metodo utilizzato nelle fotocamere che usano da anni. Il metodo snapshot cattura tutti i pixel dell'immagine contemporaneamente creando l'immagine snapshot. Nel caso dello stereo passivo, ci sono più immagini catturate da diverse prospettive e la differenza tra le immagini viene utilizzata per calcolare la distanza dall'oggetto (si pensi alla vista umana). Questa stessa soluzione può essere realizzata anche con una singola telecamera, se la telecamera può essere spostata in più posizioni.

Una tecnica di istantanea attiva includerebbe il tempo di volo, che misura il tempo impiegato dalla luce per raggiungere il bersaglio e tornare a una serie di sensori. In questo modo, ogni pixel riceve direttamente una misurazione 3D ed è necessario un solo sensore. Esistono varianti della tecnica dell'istantanea come l'opzione attiva di proiezione della luce codificata. In questo caso, vengono catturate diverse immagini ad alta velocità dello stesso oggetto mentre cambia lo schema di illuminazione. Quindi viene creata un'immagine composita che mostra la profondità in base alle differenze nei modelli di illuminazione. Tipicamente i motivi sono una serie di linee sempre più strette; vengono utilizzate linee sempre più fini per ottenere una maggiore risoluzione.

TECNOLOGIA DI SCANSIONE

Poi ci sono tecniche di scansione come la triangolazione laser in cui una luce laser viene proiettata sull'oggetto e la fotocamera cattura immagini (tipicamente ad alta velocità) della proiezione della luce mentre l'oggetto si muove attraverso l'area di scansione. Un diverso tipo di tecnica di scansione è la profondità dalla messa a fuoco. I dati tridimensionali vengono creati catturando una sequenza di immagini su un intervallo preimpostato. La pila di immagini viene scansionata per vedere dove la messa a fuoco locale è massimizzata e da questo viene derivata la portata. Questo metodo, sebbene vantaggioso in quanto non è necessaria una luce strutturata, può essere lento e l'oggetto deve avere una struttura per stimare la messa a fuoco.

In una tecnologia di scansione, le immagini 3D vengono acquisite profilo per profilo spostando l'oggetto attraverso la regione di misurazione o spostando la fotocamera sull'oggetto. Per ottenere i dati 3D corretti e quindi un'immagine 3D valida, il movimento deve essere costante o ben noto, ad esempio utilizzando un codificatore per tracciare il movimento. Le immagini 3D create sono generalmente molto accurate. Le tecnologie Snapshot creano un'immagine 3D completa degli oggetti effettuando un singolo scatto proprio come una tipica fotocamera consumer, ma in 3D. Il movimento dell'oggetto o della fotocamera non è necessario, ma le tecnologie producono immagini che non sono precise quanto le tecnologie di scansione.