近年來，３D掃描技術在工業領域的應用日趨廣泛：在零件尺寸檢測領域，２D機器視覺已無法完全滿足客戶需求，越來越多的客戶要求對產品的３D尺寸進行全檢；在Bin-Pick等機器人與機器視覺相結合的應用中，３D掃描技術成為標準解決方案。如何快速響應迅速崛起的3D檢測市場，已成為機器視覺行業的焦點。盛相科技推出的Sizector結構光3D相機采用硬件計算技術，通過USB 3.0接口輸出高達７FPS的高精度３D點云數據。基于Sizector 配套SDK，用戶可以將先進的3D面陣掃描技術快速集成到非標項目中。對于通用的檢測需求，也可直接采用Sizector Light 檢測軟件直接搭建系統，無須編寫代碼。

　　移相法結構光技術

　　盛相科技Sizector ３D相機采用移相法結構光技術。該技術的基本原理是，向被測物體投射一系列含有特定空間相位編碼２D圖案的同時對被測物拍攝，然后對得到的照片進行解碼，再將解碼信息根據標定數據進行計算，重構成為３D數據。線激光技術和移相法結構光技術都是基于三角測量原理，因此二者的精度相近。因為結構光技術投射的光是整個面，它不需要移動拼接就能產生３D數據。

　　圖1 點激光、線激光與移相法結構光示意圖

　　對于靜態面陣３D檢測，移相法結構光技術相比線激光技術有著顯著的優勢。采用線激光實現３D掃描需要在移動中以編碼器的反饋信號連續觸發線激光傳感器，其檢測精度和速度受到機械移動及反饋系統的影響。在設計過程中，需要對速度和精度進行平衡和取舍，以實現更佳的檢測效果。在設備調試過程中，必須對每一臺設備進行嚴格的校準和測試，確保運動裝置運行精準。在設備長期運行過程中，還需考慮運動裝置的壽命和維護問題。移相法結構光技術無需移動測頭或被測物體就能完成面掃描。不但節省了高精度移動部件的物料成本，安裝調試和后期維護也更簡便。

　　在Bin-Pick等識別類應用中，需要先獲取物體的３D數據，再對３D數據進行識別和判斷。準確的３D數據能夠使識別和判斷的開發難度降低，系統的可靠性提高。移相法結構光技術與TOF技術、散斑技術、雙目立體視覺技術相比，數據精度更高，獲得了主流機器人廠家的青睞。

　　高度集成的模塊化３D掃描產品

　　移相法結構光技術在過去主要以PC連接投影單元和工業相機實現。用戶需要自行控制投影單元和工業相機，還需編寫３D重構算法或調用相關算法模塊。移相法結構光技術的運算量十分龐大，對計算機的性能要求高。在工業應用中，計算機不但需要承擔３D數據的分析、處理和判斷，還需要承擔３D重構的計算任務。在實時性要求高、檢測周期短的情況下，計算資源調度困難，導致移相法結構光技術在過去的十多年里主要應用于航天航空、軍工、逆向工程等對精度要求高但節拍要求低的場合。盛相科技SizectorTM ３D相機采用硬件計算技術，將投影、相機、３D計算單元集成在產品內部，由內部控制器完成對各個功能單元的控制。整個３D拍攝和重構計算過程在內部完成，無須占用用戶計算資源。用戶可將計算資源集中用于數據的分析和判斷，在有限的預算、有限的計算資源和有限的開發周期內，實現更完美的檢測效果。

　　出色的產品性能

　　作為國內最早將移相法結構光技術批量應用于自動化生產線的公司，盛相科技多年來積累了豐富的技術和經驗。盛相科技Sizector ３D相機融合了盛相科技多年來的技術結晶，將移相法結構光技術在工業領域的應用推向了一個新的高度。

　　高幀率

　　三維解算過程需要對每一個像素進行數千個指令周期的復雜運算?；隈T·諾依曼架構的CPU計算系統，每個線程每個時鐘周期只能進行一個像素點的單步驟計算，耗時較長，計算時長還會受到CPU其他線程負荷的不可預測的干擾。盛相科技Sizector ３D相機采用硬件并行計算技術，其核心算法模塊數據吞吐率峰值高達３GB/s。結合專為結構光技術優化的系統架構，其計算效率遠高于以CPU為核心的通用計算系統，運算周期穩定可預測，不受外界干擾，連續３D拍攝輸出幀率可達７FPS以上。對于檢測節拍快的應用需求，如消費電子制造業的零件檢測， ３D SPI, 3D AOI等應用，硬件計算帶來的效率和成本優勢十分明顯。

　　單像素高度跳動是衡量結構光技術精度的關鍵指標，它相當于２D相機的噪聲。在３D面陣掃描測量的應用中，往往通過對一個區域內的有效像素點的高度進行平均，以計算被測區域的高度。單像素高度跳動直接影響測量條目的靜態重復性。在實際應用中，由于檢測區域的尺寸往往遠大于1個像素，通過計算檢測區域內的所有像素的平均值并采取濾波措施, 檢測條目的靜態重復性往往顯著優于單像素高度重復性。在一些被測區域像素點較少的情況下，該指標對重復精度的影響較為明顯。表１為Sizector ３D相機40mm FOV １００次拍攝的單像素高度值分布圖，其標準差為2.562μm，達到世界領先水平。

　　表1 未經濾波處理的PCB SMT焊盤高度測量值分布圖（單像素100次）

　　高完整性

　　結構光技術依賴物體表面對投影光的漫反射，如何更完整地拍出不同表面反光率的物體，是結構光技術的難點。SizectorTM３D相機采用SONY最新推出的高靈敏度低噪音CMOS傳感器，結合高功率投影單元，對包括黑色塑料和類鏡面金屬表面的大部分材質有著理想的成像效果。

　　圖2 手機SIM卡座實物與三維拍攝效果對比（同時包含高反光鍍金表面和低反光黑色塑料）

　　圖3 手機中板實物與三維拍攝效果對比（類鏡面、高反光金屬表面）

　　靈活的應用

　　Sizector ３D相機提供SDK接口和采用Sizector Light軟件直接搭建系統兩種應用模式。用戶可以根據項目需求和開發周期選擇合適的模式。Sizector Light是由盛相科技自主開發的模塊化３D尺寸檢測軟件，旨在滿足標準的在線尺寸檢測需求。用戶可將Sizector ３D相機連接到安裝有Sizector Light的PC上，直接實現完整的測量系統。Sizector Light具有友好而簡潔的人機交互界面，測量條目可添加刪除，公差范圍可設置，所有設置可保存。還能夠將測試結果的統計數據可視化顯示。Sizector Light提供模塊化接口，用戶可根據Sizector Light接口規范編寫自己的算法模塊，并將其添加到Sizector Light之中，使軟件開發的工作量降至最低。Sizector配套 SDK包含了３D相機驅動程序、函數庫、示例代碼，以及文檔。Sizector SDK支持多個３D相機同時工作，用戶可以通過調用驅動程序的方式，將Sizector３D相機添加到檢測系統中，實現諸如多３D相機協同、３D與２D協同、機械控制與３D測量協同等復雜的定制化系統。Sizector SDK將支持Vision Pro以及Halcon數據格式，用戶既可自行編寫３D數據處理算法，也可調用第三方函數庫處理數據。

　　總結

　　圖4 Sizector?結構光3D相機（帶載臺）

　　Sizector３D相機基于先進的移相法結構光技術，將３D掃描和解算過程封裝在獨立的設備中，直接輸出高幀率、高精度、高完整性的面陣３D數據。用戶既可通過調用SDK的方式直接控制３D相機搭建非標系統，也可采用Sizector Light３D檢測軟件快速響應標準３D檢測需求。基于各項技術表現和客戶反饋，Sizector 3D相機基于行業新興技術，深度融合現場應用環境，使得客戶的檢測效率大大提升，同時降低了生產成本。我們看好3D檢測在工業檢測各領域的應用，期待Sizector 3D相機能夠在行業蓬勃發展的同時獲得更多客戶的認可。