Procedimiento Ensenso 3D
¿Cómo funciona la Projected Texture Stereo Vision?
Stereo Vision
Las cámaras Ensenso Stereo Vision operan según el principio de la visión estereoscópica, que imita la visión humana.
Dos cámaras captan imágenes de una escena desde posiciones distintas. Si bien las imágenes obtenidas por las dos cámaras parecen idénticas, hay diferencias en la posición de los objetos. Unos algoritmos especiales comparan las imágenes en busca de una serie de puntos gráficos y visualizan su divergencia (= "Disparity") en un mapa con todas las diferencias detectadas (= "Disparity Map").
Dado que los datos de distancia y ángulo de visión de la cámara y de distancia focal de las ópticas son conocidos, el software de la cámara Ensenso puede convertir mediante triangulación estas divergencias en longitudes conocidas y determinar las coordenadas 3D de cada píxel de la imagen. El resultado es una nube de puntos 3D, punto de partida para muchas aplicaciones en las que se requieren los datos tridimensionales de los objetos.
El sistema de cotejo de las imágenes se basa en la gradación de contrastes y de brillo de los píxeles del sensor. La calidad Stereo Vision depende directamente de las condiciones lumínicas y de las propiedades superficiales (texturas) de los objetos de la escena. En el caso de superficies reflectantes o que presentan una textura pobre, solo se pueden detectar, comparar y determinar las coordenadas de unos pocos puntos destacados. El resultado de ello son datos incompletos sobre la profundidad de la escena.
Las cámaras Ensenso mejoran el sistema clásico Stereo Vision con una proyección de patrones especial. Esto permite obtener unos datos de profundidad y unos resultados de medición más precisos. Gracias a estas mejoras, el sistema Stereo Vision puede utilizarse para un gran número de aplicaciones.
Proyector de patrones
La cámara Ensenso incorpora un potente proyector que, mediante una máscara de patrones, proyecta una textura de gran contraste sobre el objeto a reproducir para compensar así, incluso en condiciones de luz adversas, las texturas pobres o inexistentes.
Por eso en la cámara Ensenso este sistema se denomina "Projected Texture Stereo Vision". Gracias a las texturas auxiliares proyectadas en la superficie del objeto, el sistema de cotejo puede reconocer un mayor número de puntos —incluido su cambio de posición— y obtener unos datos homogéneos y más completos sobre la profundidad de la escena.
FlexView
La tecnología FlexView permite mejorar aún más el grado de detalle del Disparity Map de las escenas estáticas. La posición de la máscara de patrones en el proyector puede modificarse de manera gradual y lineal por medio de un actuador piezoeléctrico resistente en el haz de luz. De esta forma, la textura proyectada en la superficie de los objetos de la escena también varía, generando otras texturas auxiliares. La captura de varios pares de imágenes de la misma escena estática con diferentes texturas da lugar a un número mucho más elevado de puntos gráficos y a una mayor resolución. El algoritmo de cotejo estéreo combina los datos de todos los pares de imágenes a fin de calcular imágenes de disparidad y nubes de puntos mucho más detalladas.
Además de la resolución también se incrementa la solidez de los datos de superficies complejas, ya que las estructuras de patrones dispares proporcionan datos adicionales sobre las superficies brillantes, oscuras o reflectantes. Muchos algoritmos de procesamiento se benefician de esta mejor resolución y del menor ruido. Gracias a FlexView se reduce el número necesario de pasos de postratamiento de la nube de puntos y se acortan las fases de procesamiento 3D posteriores.
Captura con FlexView que muestra los detalles necesarios por ejemplo para aplicaciones de inspección de calidad, trabajos topográficos o contaje de dientes de engranajes.
Captura sin FlexView con una elevada tasa de transferencia, que se suele utilizar en aplicaciones como la extracción de objetos de cajas o el control de presencia.
Comparación de FlexView1, 2 y Single Shot Data
La gama Ensenso ofrece cámaras con y sin la tecnología FlexView. Cada variante se ha optimizado y adaptado a determinadas aplicaciones. A este respecto el movimiento del objeto desempeña un papel clave.
Las cámaras sin FlexView o con tecnología FlexView1 producen una textura de alto contraste mediante un patrón de puntos aleatorio que permite calcular los datos de profundidad de una escena con gran rapidez, incluso con un solo par de imágenes. Por esta razón, estas dos variantes resultan adecuadas para objetos en movimiento.
En el caso de objetos estáticos, las cámaras FlexView1 aprovechan los algoritmos que pueden proporcionar una mayor resolución a partir de la captura de varios pares de imágenes con patrones de puntos dispares. Con tan solo 3-5 pares de imágenes puede duplicarse la resolución X, Y y Z. No obstante, con cada par de imágenes adicional aumenta también el tiempo de captura y procesamiento de las imágenes. A partir de 8 pares de imágenes no se aprecia ya una mejora significativa de la calidad con FlexView1.
Las cámaras dotadas de la nueva tecnología FlexView2 utilizan una máscara de patrones específica con algoritmos optimizados, que incrementa a más del doble la resolución en la dirección X, Y y Z de los objetos estáticos en comparación con FlexView1. La única limitación que presentan es que con este patrón especial la mejora solo se empieza a notar a partir de aproximadamente 5 pares de imágenes.
Constraints: Due to the special pattern, the optimization is effective only with at least 5 image pairs.
Patrón de puntos aleatorio como máscara de proyector para cámaras sin FlexView o con FlexView1. Ideal para Single Shot Data.
Los gradientes de brillo adicionales en el patrón FlexView2 ayudan a los algoritmos optimizados en el cálculo de la profundidad a partir de 5 pares de imágenes. En el caso de Single Shot Data, sin embargo, más bien reducen la eficacia del patrón.
Sin FlexView
(Single-Shot-Data)
Adecuado para:
Capturas rápidas u objetos en movimiento
Captura y procesamiento de imágenes extremadamente rápido ya que solo se procesa un par de imágenes
Apto también para objetos en movimiento
Patrón de proyector optimizado para Single-Shot-Data
FlexView1 y FlexView2
(modo Multi Acquisition)
Adecuado para:
Objetos estáticos para los que se requiere un alto grado de precisión y de detalle
Resolución y calidad optimizadas de los datos de profundidad
Mayor detalle de los objetos y los contornos
Apto también para superficies complejas (reflectantes o de textura pobre)
Solo aplicable a objetos estáticos
Mayor tiempo de procesamiento
Visión 3D embebida
El procesamiento de datos integrado de la nueva serie Ensenso XR soporta la tecnología FlexView 2 con hasta 16 pares de imágenes en escenas estáticas. Todos los complejos procesos de cálculo del procesamiento estereoscópico Ensenso se ejecutan en la cámara acelerados por hardware. De ese modo la captura de imágenes y el procesamiento trabajan sincronizados y sin tiempos de espera por la transferencia de la red. La tecnología FlexView 2 combinada con la alta paralelización del procesamiento estereoscópico en la FPGA de la cámara permite generar nubes de puntos de alta resolución de objetos estáticos con una frecuencia de imagen muy alta. La calidad de los daos 3D generados aumenta con la resolución de la imagen y en cada par de imágenes sin retardo de tiempo por la transferencia de datos a un PC host.
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