ToF（Time-of-Flight）感知技術(shù)VS主動(dòng)雙目視覺(jué)技術(shù)

隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展，AGV（自動(dòng)引導(dǎo)車(chē)）已成為物流自動(dòng)化領(lǐng)域中的關(guān)鍵工具。較大規(guī)模的工廠、倉(cāng)庫(kù)和物流中心紛紛引入AGV，以實(shí)現(xiàn)物流流程的自動(dòng)化和智能化，從而提高物流效率、準(zhǔn)確性和安全性，同時(shí)減少人工操作的錯(cuò)誤和勞動(dòng)強(qiáng)度，為整體生產(chǎn)和物流管理水平的提升做出貢獻(xiàn)。

在這一自動(dòng)化系統(tǒng)中，機(jī)器視覺(jué)發(fā)揮著重要角色。首先，它能進(jìn)行障礙物檢測(cè)與避障，通過(guò)實(shí)時(shí)的圖像處理和目標(biāo)識(shí)別算法，AGV能夠識(shí)別并確定周?chē)h(huán)境中的障礙物，采取相應(yīng)的避障動(dòng)作，確保安全通行。其次，機(jī)器視覺(jué)在AGV的導(dǎo)航與定位中起到關(guān)鍵作用。AGV配備攝像頭或激光雷達(dá)等傳感器，通過(guò)識(shí)別地標(biāo)或標(biāo)記物，確定自身的位置和方向，從而提供準(zhǔn)確的導(dǎo)航信息，幫助AGV規(guī)劃路徑并精確到達(dá)目標(biāo)位置。此外，機(jī)器視覺(jué)還用于識(shí)別和處理貨物。AGV搭載視覺(jué)系統(tǒng)，能夠識(shí)別貨物或條碼（二維碼），確定貨物的類(lèi)型、數(shù)量和目的地，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的負(fù)載識(shí)別與處理。

近些年迅猛發(fā)展的3D視覺(jué)技術(shù)已成為AGV領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一，進(jìn)一步提升AGV智能化水平的同時(shí)，也實(shí)現(xiàn)了更高效、準(zhǔn)確和安全的物流操作。在戶外環(huán)境中，用于AGV托盤(pán)或貨物識(shí)別最常見(jiàn)的兩種3D視覺(jué)技術(shù)分別是主動(dòng)雙目視覺(jué)技術(shù)和ToF（Time-of-Flight）感知技術(shù)，兩種3D視覺(jué)技術(shù)均可用于物體深度信息的快速捕捉，但在性能表現(xiàn)中，依然存在一些差別，本文選擇了全球知名的主動(dòng)雙目相機(jī)標(biāo)桿產(chǎn)品與維感科技Vzense DS系列的相機(jī)在戶外強(qiáng)光2米距離范圍內(nèi)，進(jìn)行了成像效果對(duì)比測(cè)試，供大家參考與選型。

01

技術(shù)原理與代表產(chǎn)品

雙目視覺(jué)技術(shù)

雙目視覺(jué)技術(shù)由兩個(gè)相機(jī)組成，分別模擬人類(lèi)的雙眼，通過(guò)三角測(cè)距法計(jì)算物體到相機(jī)的距離。這兩個(gè)相機(jī)被安裝在一定的距離上，以獲得不同的視角，通過(guò)同時(shí)捕捉同一場(chǎng)景的左右兩個(gè)圖像，并分析這些圖像之間的視差（兩個(gè)圖像中對(duì)應(yīng)點(diǎn)之間的位移），可以計(jì)算出場(chǎng)景中物體的深度信息。為提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，往往在雙目視覺(jué)技術(shù)基礎(chǔ)上搭配主動(dòng)投射特殊圖形的光源，如紅外光或結(jié)構(gòu)光。通過(guò)分析左右兩個(gè)圖像之間的視差和光場(chǎng)的變化，計(jì)算出物體的深度信息，全球知名代表產(chǎn)品有Intel RealSenseTM D400系列與ZED Stereo相機(jī)。

IntelRealSenseTMD435（Intel官網(wǎng)圖片）

ToF（Time-of-Flight）相機(jī)技術(shù)

ToF（Time-of-Flight）技術(shù)的原理是由ToF模組的光源向被測(cè)對(duì)象發(fā)出光子，在抵達(dá)被測(cè)對(duì)象并通過(guò)圖像傳感器接收反射回到ToF模組的光子，計(jì)量此段“光的飛行時(shí)間”，在光速已知的前提下，即可得到距離數(shù)據(jù)。ToF相機(jī)技術(shù)是以光學(xué)系統(tǒng)為接受路徑的面陣一次性成像，非掃描式3D成像深度信息捕捉技術(shù)，全球知名代表產(chǎn)品有微軟Azure Kinect，Lucid Helios與Basler Blaze。維感科技作為國(guó)內(nèi)迅速發(fā)展起來(lái)的工業(yè)級(jí)ToF相機(jī)技術(shù)研發(fā)與生產(chǎn)企業(yè)，亦推出了基于Sony ToF芯片，極具性價(jià)比的Vzense DS系列。

Azure Kinect DK

（Microsoft官網(wǎng)圖片）

維感科技Vzense DS系列

02

戶外測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比

戶外場(chǎng)景與低反射率物體的識(shí)別，一直都是AGV目標(biāo)物識(shí)別的難點(diǎn)，強(qiáng)烈的光照會(huì)使圖像采集時(shí)光強(qiáng)度驟升，物體局部過(guò)曝，或產(chǎn)生較大明暗差，導(dǎo)致圖像質(zhì)量下降，丟失物體細(xì)節(jié)，進(jìn)而影響距離值的計(jì)算與識(shí)別的準(zhǔn)確性。而黑色物體（如包裹，托盤(pán)，貨架）會(huì)因其超低反射率的原因，導(dǎo)致相機(jī)難以捕捉到較高質(zhì)量的距離數(shù)據(jù)。 針對(duì)這個(gè)常見(jiàn)的AGV識(shí)別痛點(diǎn)，進(jìn)行了下述性能對(duì)比測(cè)試：

測(cè)試條件：戶外，正午，太陽(yáng)光直射，光照強(qiáng)度約60,000Lux

被測(cè)物體：1m*1.2m的黑色與藍(lán)色托盤(pán)

相機(jī)機(jī)型：某主動(dòng)雙目相機(jī)與維感科技Vzense DS系列

測(cè)試場(chǎng)景實(shí)拍圖

對(duì)比測(cè)試一：

分別拍攝1米與1.5米距離處，相機(jī)正對(duì)與側(cè)對(duì)黑色托盤(pán)時(shí)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)對(duì)比

對(duì)比測(cè)試二：

分別拍攝1米與2米距離處，相機(jī)正對(duì)與側(cè)對(duì)藍(lán)色托盤(pán)時(shí)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)對(duì)比

對(duì)比測(cè)試三：

分別拍攝1米距離處的黑色托盤(pán)與藍(lán)色托盤(pán)，相機(jī)正對(duì)托盤(pán)時(shí)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)放大后的平整度情況對(duì)比

綜合上述多組測(cè)試對(duì)比數(shù)據(jù)容易看出，在戶外1~2米測(cè)量距離處，維感科技Vzense DS77 ToF相機(jī)產(chǎn)品擁有更好的抗光性，數(shù)據(jù)穩(wěn)定性與平整度，更加適合AGV在戶外場(chǎng)景中進(jìn)行托盤(pán)與貨物識(shí)別。這不僅得益于Vzense DS系列搭載了性能卓越的Sony ToF芯片，將高精度檢測(cè)反射光相位的像素技術(shù)CAPD與背照式CMOS圖像傳感器高速像素技術(shù)結(jié)合，更得益于維感科技團(tuán)隊(duì)多年來(lái)專(zhuān)注于ToF感知技術(shù)，將多頻模式與高動(dòng)態(tài)范圍（HDR）技術(shù)融入到產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，通過(guò)捕捉多個(gè)不同頻率與多個(gè)不同曝光時(shí)間的方式獲得圖像，使得復(fù)雜場(chǎng)景中的深度數(shù)據(jù)也可以精確到毫米級(jí)別。

03

VZENSEDS系列戶外成功案例分享

應(yīng)用案例一：AGV叉車(chē)托盤(pán)識(shí)別與避障Vzense ToF相機(jī)已成功集成在多品牌AGV產(chǎn)品中，AGV叉車(chē)?yán)肨oF相機(jī)提供的深度信息，識(shí)別不同明暗環(huán)境中的托盤(pán)、貨物、障礙物等，AGV可以安全準(zhǔn)確地識(shí)別物品、拾取并運(yùn)輸?shù)侥康牡亍?/p>

應(yīng)用案例二：農(nóng)業(yè)AMR自主移動(dòng)機(jī)器人

Vzense RGB-D ToF相機(jī)安裝于農(nóng)業(yè)AMR，用于識(shí)別水果或農(nóng)作物的大小與顏色，從而判斷其成熟度，助力智慧農(nóng)業(yè)。Vzense ToF相機(jī)在海外多個(gè)農(nóng)業(yè)AMR產(chǎn)品上，均有批量出貨且在戶外強(qiáng)光/黑暗中應(yīng)用的案例。

應(yīng)用案例三：混凝土車(chē)泵協(xié)同Vzense ToF相機(jī)可獲取堆積物的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，從而計(jì)算倉(cāng)庫(kù)物料、農(nóng)作物、砂石、飼料等堆積物的庫(kù)存或使用情況。如下圖所示，國(guó)內(nèi)某知名集團(tuán)的混凝土車(chē)泵協(xié)同系統(tǒng)，將Vzense ToF相機(jī)應(yīng)用在出料篩網(wǎng)過(guò)程中檢測(cè)水泥漿的高度，從而自動(dòng)控制水泥漿出料的速度，真正實(shí)現(xiàn)無(wú)人操控。

應(yīng)用案例四：箱口/砂口/油罐口等位置識(shí)別

將Vzense ToF相機(jī)安裝在頂端，識(shí)別箱口、砂口、油罐口的準(zhǔn)備坐標(biāo)信息后，導(dǎo)引設(shè)備移動(dòng)到目標(biāo)位置，使得裝載過(guò)程更為精準(zhǔn)與高效，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化裝卸。

04

維感科技VzenseDS系列新品介紹

DS86&DS87

工業(yè)級(jí)RGB-D TOF深度相機(jī)DS系列

輕量化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸更小，重量更輕

側(cè)出口設(shè)計(jì)使安裝和使用更加便捷

IP42/IP67防水防塵等級(jí)可選，滿足復(fù)雜環(huán)境需求

優(yōu)化RGB解像力，更清晰的彩色圖像顯示

RGB圖像與深度圖像微秒級(jí)同步，實(shí)時(shí)捕獲物體三維數(shù)據(jù)

支持 DepthHDR模式以獲取高對(duì)比度和復(fù)雜場(chǎng)景中的數(shù)據(jù)

受環(huán)境光照影響小，可在強(qiáng)光和黑暗中無(wú)障礙識(shí)別

軟/硬觸發(fā)模式，支持多相機(jī)同時(shí)工作

審核編輯 ：李倩