3D成像的噪声处理挑战收藏

3D成像难免会存在噪声,尤其是测量那些高反光和镜面的工件时,如何保证高精度测量的同时，还能兼顾较高的测量速度,是3D视觉行业的难点之-我们德国SmartRay提供了一种“软硬结合”的方案(Smartx(固件算法新版传感器)，能很好地识别出图像中的噪点，并过滤掉，即在避免“错杀”的基础上，防止“漏杀”，从而获得高质量的3D图像。

对于待测工件的材质，人们通常认为金属和玻璃是具有较强的反光特性，但实际上，还有更多其他种类的材料也会产生-定程度的光线反射，比如胶水和粘合剂，对于任何自动化检测系统，都是一项复杂的挑战这些应用要求软件和/或传感器在一定的激光光线强 度范围内识别出正确的反射信号，并过滤掉不需要的反光干扰(噪声)。

从光学基本原理来看,光线反射包含两种类型一种是镜面光,其直接进行反射,同时反射光的角度与入射光的角度相同；另一种是漫射光，其同时在所有方向上进行反射，两种反射类型都取决于材料的反光特性例如光亮的金属主要是镜面反射,通常会导致测量问题;而白色的纸片主要是漫反射，通常就不存在反光干扰问题。

我们的客户对视觉检测系统的核心要求是高精度、重复性好、快速地做3D检测，从视觉系统部署到生产现场开始，贯穿客户产品的整个生命周期(从数月到数年)结果，3D视觉系统运行稳定可靠,无须进行现场校准和重新标定。

我们一直是基于这一所做的通常进行测量时需要考虑整个流程的环境或其它条件的任何变化,而被检测物体在本身特性方面可能会产生变化，具有不一致性，这为测量带来了额外的挑战这些变化的条件加剧了反射的存在，进而严重影响确保产品质量保持一致所需的准确性和重复性水平。

3D传感器里面集成了成像器和和激光光源,成像器和光源发射方向存在在一个夹角,进而可用激光三角法原理测量工件的厚度基于激光三角测量的3D视觉传感器经过专门设计，可将激光线投射到表面上,并将激光反射回成像器(2D示意图见图1)。

安装成像器时，使其与激光光源保持一定的三角测量角度,根据成像激光线和三角测量原理计算表面的3D高度理想情况下，成像器应基于表面漫反射仅看到真正的激光线(见图1左侧)然而，反光表面可能影响所返回的检测结果。

如果物体表面呈现明显的镜面(直接)反射，则部分光线可能会被反射到物体表面的另一部分,这部分光线从该区域也可能到达成像器因此，成像器能够看到来自表面不同部分的光线，其中，只有一种反射是真正的激光线，其他反射则是干扰(见图1右侧)。

当反射光线撞击到表面的另一部分后，将会被再次反射，导致成像器捕捉到多个反光干扰, 使这种不利反射效应进一步复杂化不利的反射效应因材料类型和形状而异(材料形状可能为平坦、凸起或凹陷)，其将产生不同的反射特性，并对识别或测量带来不同的挑战。

通常，当使用3D传感器对表面进行检测时，成像器不会看到激光线的镜面(直接)反射，而只会看到激光线的漫反射在这种情况下，我们可以很容易识别成像激光线,并且能够准确地计算出物体表面的3D高度然而，在有些情况下，光亮工件的镜面反射会产生一次或多次光线反射，且都在成像器上成像，而且不幸的是，反射可能会比真正的信号更加明亮(反光伪影示例见图2和图3左侧，部分以黄色箭头高亮显示)。

这样的镜面反射在形成高度时，存在将”噪声点”误作为“真实的信号”的巨大风险，进而导致3D高度值计算错误对于图像的每一列，我们都需要确定哪些才是正确的反射而由于任何传感器的处理能力都是有限的，通常就采用‘局部’标准从有限的数据中选择最佳决策。

通常情况下，我们会选择图像每一列中最明亮的信号，但有时也会使用最顶部或最底部的信号除了假设这是一个正确(真实)的信号之外，任何单个决策路径均无法覆盖所有场景,因此虽然某个信号特征对于一个表面可能是正确的，但对于另一个表面则可能是不正确的决策。

我们SmartRay并非仅依靠传感器硬件作出决策，而是引导传感器以智能方式采集尽可能多的数据,而且借助工业级PC所提供的更强大的处理能力来作出更好的决策它可以分析来自测量邻域的更多信息，因此当检查图像的每一列时，处理工具将考虑其他区域所发生的情况。

这样就可以作出更明智的决策基于“表面通常是光滑的”这一温和假设(举例来说,通常只有少数边缘的高度存在巨大变化)，连续性标准非常有助于将正确的反射与反光伪影区分开来借助smartRay的先进反光滤镜，我们可以沿着激光线以及在传输方向上运用连续性标准。

特别是,镜面反射通常会在传输方向上从一帧快速地‘跳跃’到另一帧，这意味着高度变化要比表面本身大得多

图1: 3D视觉传感感器示意图，包括激光光源和成像器以及平面(左)和凹面(右):对于平面(左)，成像器仅看到激光器的漫反射光线，因此此仅真正的激光线是可见的，而对于凹面(右)，成像器还会看到多次镜面反射引起的反光干扰，其通常比漫反射光线更加加明亮。

光泽金属表面会产生反射光线，我们必须可靠识别这些反射光线并将其过滤掉其他挑战还包括反光干扰靠近真正的激光线以及反光干扰从真正的激光线的上方“跳跃”到下方(反之亦然）SmartRay 的先进反光滤镜采用密外的技术来应对这些挑战，从而能够识别真正的激光线。

图2和图3显示了由传感器的成像器所看到的具有挑战性的光亮金属物体的示例图像，这些物体呈现出不同的反光干扰（部分以黄色箭头高亮显示)反光滤镜的结果以红色标记在有些情况下，标准反光滤镜（左列）会选择反光干扰而非真正的激光线，从而导致3D表面测量效果不佳（见图2左下角）。

相比之下，SmartRay的先进反光滤镜（右列)在几乎所有的情况下都会选择真正的激光线，产生准确的表面测量结果〔见图2右下角）

图2∶光泽金属凸/凹半球示例:2D图像(上)，显示了真正的激光线和一个轮廓的光线反射，其中，反光滤镜的结果以红色标记﹔以及3D视图(下)，包括标准反光滤镜（左）和Smar tRay的先进反光滤镜(右)黄色箭头高亮显示了部分反光干扰，标准反光滤镜无法做到。

在极少数情况下，数据不确定性，使得客户无法获得特定列的测量值，因为软件无法以可接受的置信度正确地测量值请注意，在特定列仅存在反光干扰而无真正的激光线的情况下，SmartRay的先进反光滤镜通常会丢弃数据，不会提供任何测量值。

这与其他竞争传感器滤镜形成不同，因为即使测量值是错误的，竞争传感器滤镜也始终会提供测量值如前所述，反光干扰因材料的类型和形状而异，带来完全不同的挑战，任何单个反光滤镜都无法同样有效地解决所有不同的场景借助SmartRay先进反光滤镜，我们已开发出多种技术，这些技术可通过不同的方式组合使用，以适应不同场景的需要。

我们已通过滤镜预置功能对SmartRay的先进反光滤镜进行微调，可确保在光泽的金属元件或玻璃表面上实现良好的精度和/或动态范围为了满足具有挑战性的客户需求，我们还可创建专门的滤镜预先设置为此，通过检查客户数据，使SmartRay应用工程师能够根据特定应用的确切需求调整和优化滤镜。

这种方式使我们可以成功地解决广泛的客户应用中所固有的反光干扰问题

图3:与图1相同，但显示的是不同光泽金属元件的两个不同轮廓（顶部和底部)SMART软件工具Smart X 软件工具SmartRay的Smartx固件和软件工具可以解决测量光泽或反光表面时遇到的复杂挑战工具将高质量的3D数据生成智能技术与高端反光滤镜算法结合，提高测量的重复性和准确性。

SmartX提升了ECCo 95+传感器系列的性能，使该系列传感器的潜力得到最大程度的利用，进而提供卓越的图像质量、超高的精准度和超高速扫描，满足机器制造商和oEM制造商客户的性能要求综上所述，面对特殊材质的3D成像的噪点处理，我们是专业的，在保证高精度测量的同时，还能兼顾较高的测量速度。

SmartRay独家技术SmartX固件-软件配置，使得新版传感器Ecco 95+的3D的图像质量更加卓越，欢迎联系交流

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