Triangulation et lumière structurée
Le motif de code Gray se compose d’une séquence de bandes qui s’éclairent de façon claire ou sombre et deviennent de plus en plus fines. En suivant l’évolution de l’intensité à l’aide d’une caméra, un modèle peut être détecté et une plage de profondeur peut ainsi être définie. Les images de phase, en revanche, sont des formes d’onde sinusoïdales projetées sur un objet. Pour la génération des motifs, il est possible d’utiliser, par exemple une matrice de micro-miroirs (Digital Micromirror Device). La phase de l'onde est déplacée d’une image à l’autre. Le tracé de phase permet d’obtenir l’information de profondeur à l’aide d’une caméra.
Stéréo passive
Dans cette procédure, deux caméras capturent le même objet sous un angle. Les différents angles de vue permettent de déterminer la distance d’un point. La difficulté est d’identifier le même point avec les deux caméras. Par exemple, si une surface à faible contraste est considérée comme un mur blanc, cette méthode n’est pas optimale.
Stéréo active
La structure correspond à celle de la stéréo passive. La seule différence est qu’ici, un motif (par ex. des points répartis au hasard) est projeté sur l’objet. Cela facilite l’association d’un point aux deux caméras.
Temps de vol
Dans cette procédure, la distance entre l’objet et le capteur est déterminée en fonction du temps de propagation de la lumière. Le capteur émet alors des impulsions lumineuses qui heurtent un objet. L’objet reflète ces impulsions lumineuses. La distance est déterminée en fonction de la durée de réflexion des impulsions lumineuses. Cela permet de déterminer des informations de profondeur telles que des structures ou des distances d’objets.
Comparaison des technologies 3D
| Lumière structurée | Stéréo passive | Stéréo active | Temps de vol | |
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| Résolution |  |
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| Précision | |
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| Lumière parasite | |
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| Vitesse de mesure |  |
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| Objets à contraste faible | |
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| Obstruction/ombrage | |
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Résolution
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Lumière structurée
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Stéréo passive
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Stéréo active
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Temps de vol
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Précision
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Lumière structurée
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Stéréo passive
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Stéréo active
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Temps de vol
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Lumière parasite
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Lumière structurée
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Stéréo passive
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Stéréo active
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Temps de vol
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Vitesse de mesure
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Lumière structurée
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Stéréo passive
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Stéréo active
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Temps de vol
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Objets à contraste faible
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Lumière structurée
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Stéréo passive
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Stéréo active
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Temps de vol
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Obstruction/ombrage
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Lumière structurée
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Stéréo passive
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Stéréo active
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Temps de vol
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La tridimensionnalité du capteur 3D
Les capteurs 3D projettent plusieurs motifs sur l’objet à mesurer et les capturent à nouveau à l’aide d’une caméra. L’objet est ainsi capturé en trois dimensions et numérisé dans un nuage de points 3D. Ni le capteur 3D ni l’objet ne sont déplacés pendant ce processus. La détection peut ainsi être effectuée rapidement et de manière extrêmement précise.
1) Caméra haute résolution
2) Source lumineuse
3) X, Y = plage de mesure
4) Z = plage de travail
La mesure d’objets en 3D simplifie la production automobile
Éclairage : Des sources lumineuses pour un éclairage idéal
La source lumineuse peut être un laser ou une LED. Les lasers génèrent de la lumière avec une grande cohérence temporelle et spatiale. Le spectre est à bande étroite. La lumière produite par un laser peut être transformée en une forme définie à l’aide d’optiques. Un autre type d’éclairage est l’utilisation d’une LED. Par rapport à un laser, celle-ci génère une lumière à large spectre et ne possède pratiquement pas de cohérence. Les LED sont plus faciles à manipuler et génèrent plus de longueurs d’onde que les diodes laser. La technique Digital Light Processing (DLP) permet de générer chaque motif. La combinaison de LED et de DLP offre la possibilité de créer rapidement et efficacement différents motifs, ce qui la rend parfaitement adaptée à la technique 3D de la lumière structurée.
Photographie : La puissance de la technologie CMOS pour une image parfaite
L’utilisation d’une caméra haute résolution permet de capturer l’objet en deux dimensions. Aujourd’hui, les caméras sont généralement équipées d’une puce photosensible à semi-conducteur basée sur la technologie CMOS ou CCD, bien que la technologie CMOS soit plus fréquemment utilisée. Une puce se compose de nombreuses cellules individuelles (pixels). Les puces modernes ont plusieurs millions de pixels, ce qui permet une détection en deux dimensions de l’objet. Grâce aux meilleures performances de la technologie CMOS, celle-ci est utilisée pour les capteurs 3D.
Nuage de points 3D : De l’application à l’image finale
La séquence de motifs de la lumière structurée est capturée par la caméra. La collection qui contient toutes les images est appelé pile d’images. L’information de profondeur de chaque point (pixel) peut être déterminée à partir des images de chaque motif. Comme la caméra a plusieurs millions de pixels et détecte chaque pixel en niveaux de gris, plusieurs mégaoctets de données sont générés en peu de temps. La quantité de données peut être traitée sur un PC industriel performant ou en interne dans le capteur avec un FPGA. L’avantage du calcul interne est la vitesse, tandis que le calcul sur PC permet une plus grande flexibilité. Le résultat du calcul est un nuage de points 3D.
Intégration : Du capteur à l’application
Le nuage de points 3D est calculé à partir des images acquises. Cela peut se faire dans le capteur, mais aussi sur un PC industriel. Des kits de développement logiciel (SDK) du fabricant ou des interfaces standardisées telles que GigE Vision sont utilisés pour faciliter l’intégration.
Utilisation d’un éclairage monochrome
L’utilisation d’un éclairage monochrome permet de supprimer efficacement les influences perturbatrices de la lumière parasite grâce à des filtres optiques. L’éclairage peut également être optimisé pour une efficacité et une intensité d’éclairage maximales.
