使用3D立体视觉检查焊接线收藏

   3D立体成像技术通常用于焊线（bonding wire）检查，但存在许多挑战其中挑战之一是难以使用块匹配算法来解决对应问题，因为某些焊线可能具有无纹理的水平结构对于这样的对象，对应搜索可能失败或执行低效，因为算法的图像内容对于水平方向上的多个块是相同的。

图1：此示意图显示了成像系统组件的定位方式    其他挑战还包括平行垂直线间距和阴影效应    幸运的是，这些限制是有可能被克服的，要克服这些挑战，要从“优化用于焊线检查的3D立体成像系统”开始    由于焊线直径可以从几微米到几百微米，光学分辨率高度依赖于应用。

在选择用于焊线检查的合适的工业相机时，开发人员必须仔细考虑高度分辨率、高度范围和视场    管灯通常是用于焊线检查应用的最合适的光源这类装置提供均匀的空间照明，具有出色的时间稳定性和光谱稳定性，有助于保持图像的外观不随时间而改变。

   为确保优化设置，用户必须考虑工作距离，从而将相机和光源安装在离扫描表面合适的距离（见图1）将相机相对于表面法线（扫描线）以大约5°的角度安装（不是0°安装），使得物体在场景照明更强的位置处成像    考虑到相机的倾斜角度，为了从中心角度精确测量高度，数值要乘以倾斜角的余弦值（见图2）。

图2：高度测量中相机倾斜角的校正可以用公式完成水平线及相应问题    立体成像应用使用基于相关的块匹配算法来求解对应关系沿着传感器线，在水平方向上执行一对立体图像的左图像和右图像之间的对应搜索    如前所述，在焊线检查中，对应搜索可能失败或执行低效，因为块匹配的图像内容对于水平方向上的多个块是相同的。

   图3给出了该问题的图示，其中视差图像显示了非水平线的有效视差值（均匀灰色），以及水平线的可能错误或不相关的值（不均匀的灰色和黑色区域）。

图3：从视差图像中，我们看到非水平线的有效视差值（均匀灰色），以及水平线的可能错误或不相关的值（不均匀的灰色和黑色区域）    该问题的三种可能解决方案包括：    •如果可能，在图像平面中旋转扫描对象，使水平线不会出现。

   •如果可能，旋转相机使扫描线不垂直于扫描方向    •使用图案投影仪在焊线上创建独特的图像纹理    相对于扫描方向旋转相机，使得焊线和传感器线不再平行，有助于防止跨多个水平块的相同图像内容，并且避免潜在的不匹配或不相关的值。

   使用线扫描相机时，由此旋转产生的剪切图像内容在进行2D几何测量时，可能会导致不准确因此，使用几何校准和后续的图像后处理来补偿这种图像剪切是很重要的小的旋转角度通常不会影响RGB图像质量然而，随着角度的增加，可能需要单通道3D计算以减少红色、绿色和蓝色像素在传感器方向上移位，以及所得到的彩色图像的光学低通滤波的影响。

平行垂直线的间距    扫描场景中对象的高度范围通常确定用于3D计算工作所需要的平行垂直线的最小距离，该关系取决于基于相关的块匹配算法如何工作    例如，图4显示了一对立体图像的左右图像左侧相机图像中的红色标记区域显示给定窗口大小的参考块。

块匹配算法在预定义的视差搜索范围内，搜索右侧相机图像中的对应块，并以黄色标识出来    注意，中间图像中相当小的视差搜索范围仅包括一条线，即与参考块匹配的线相反，右侧图像中显示了具有覆盖多条线的视差搜索范围的情况，其中块匹配可能由于模糊的对应而失败。

图4：图中显示了一对立体图像的左右图像左相机图像中的红色标记区域是给定窗口大小的参考块中间图像显示较小的视差搜索范围右图显示了覆盖多条线的视差搜索范围    因为视差搜索范围决定着3D测量的高度范围，并且通常取决于检查任务的感兴趣区域中的最小和最大物体高度，所以限制范围以确保唯一匹配并不总是可能的。

对于此类应用，开发人员应考虑使用其他方法，例如在立体图像对中分割左右图像中的单独的焊线，以及通过标准2D图像处理算法标记相应的焊线如果已知焊线或焊点的起点和终点的图像位置，则标记任务应该相对简单    在此之后，可以创建仅包含焊线的人工图像对，其中在视差搜索范围内可以实现唯一匹配，并且将对应的视差图像合并到单一高度图中。

使用这种方法的折衷是：增加计算需求，计算量会随着要求处理的单一焊线的图像对数量的增加而增加加速系统的一种方法是：使用并行多个场景的分布式计算，以及每个场景至少一个GPU    通过Chromasens 3D-API的rawImageCoordinatesTo3D功能，还可以从立体图像对的相应图像点计算3D坐标。

基于此，通过使用图像处理来提取右侧和左侧立体图像的线上的对应点，可以解决垂直线问题将得到的离散3D坐标合并到3D图像中焊线的全局表示也是可能的通过使用该方法，基于特定应用图像处理的焊线探测方法，取代了基于图像相关的块匹配方法。

阴影效应    在扫描场景中，定向照明通常会导致焊线投射到背景上的阴影管灯能减少这种效应但是，在检查某些背景材料和焊线时，可能会残留阴影效应（见图5）    当左侧图像和右侧图像的相关窗口的图像内容，在对应区域中包含不同的阴影时，这种阴影就会带来问题。

在这种情况下，块不匹配并且相关值低

图5：立体图像对的左侧图像和右侧图像中的阴影效应    左右相机之间的透视差异使得阴影出现在立体图像的不同位置改善场景照明（这并不总是可能的，并且可能需要复杂的定制光源）是克服该问题的一种方法    减少相关窗口块尺寸是另一种方法。

但是，有必要选择所需的最小尺寸，同时确保在相应的窗口中保留足够的独特纹理特征以进行3D计算通过图像处理技术从立体图像对中去除阴影也是可能的，例如从包含阴影效应的背景中分离焊线通过设置为零值删除背景区域后，Chromasens的3D API-through通过配置可以在计算中忽略这些区域。

   虽然存在水平线、平行垂直线间距和阴影效应的挑战，为成功实现用于焊线检查应用的3D立体视觉系统带来了困难，但是也存在一些方法能够克服这些障碍。

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