戶外場景中，AGV廠商如何選擇托盤識別3D視覺方案
日期：2023-05-31
來源：新戰略 作者：新戰略 瀏覽：
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核心提示：ToF（Time-of-Flight）感知技術VS主動雙目視覺技術
隨著工業自動化的發展，AGV（自動引導車）已成為物流自動化領域中的關鍵工具。較大規模的工廠、倉庫和物流中心紛紛引入AGV，以實現物流流程的自動化和智能化，從而提高物流效率、準確性和安全性，同時減少人工操作的錯誤和勞動強度，為整體生產和物流管理水平的提升做出貢獻。
在這一自動化系統中，機器視覺發揮著重要角色。首先，它能進行障礙物檢測與避障，通過實時的圖像處理和目標識別算法，AGV能夠識別并確定周圍環境中的障礙物，采取相應的避障動作，確保安全通行。其次，機器視覺在AGV的導航與定位中起到關鍵作用。AGV配備攝像頭或激光雷達等傳感器，通過識別地標或標記物，確定自身的位置和方向，從而提供準確的導航信息，幫助AGV規劃路徑并精確到達目標位置。此外，機器視覺還用于識別和處理貨物。AGV搭載視覺系統，能夠識別貨物或條碼（二維碼），確定貨物的類型、數量和目的地，實現自動化的負載識別與處理。近些年迅猛發展的3D視覺技術已成為AGV領域的關鍵技術之一，進一步提升AGV智能化水平的同時，也實現了更高效、準確和安全的物流操作。在戶外環境中，用于AGV托盤或貨物識別最常見的兩種3D視覺技術分別是主動雙目視覺技術和ToF（Time-of-Flight）感知技術，兩種3D視覺技術均可用于物體深度信息的快速捕捉，但在性能表現中，依然存在一些差別，本文選擇了全球知名的主動雙目相機標桿產品與維感科技Vzense® DS系列的相機在戶外強光2米距離范圍內，進行了成像效果對比測試，供大家參考與選型。雙目視覺技術由兩個相機組成，分別模擬人類的雙眼，通過三角測距法計算物體到相機的距離。這兩個相機被安裝在一定的距離上，以獲得不同的視角，通過同時捕捉同一場景的左右兩個圖像，并分析這些圖像之間的視差（兩個圖像中對應點之間的位移），可以計算出場景中物體的深度信息。為提高數據準確性，往往在雙目視覺技術基礎上搭配主動投射特殊圖形的光源，如紅外光或結構光。通過分析左右兩個圖像之間的視差和光場的變化，計算出物體的深度信息，全球知名代表產品有Intel® RealSenseTM D400系列與ZED Stereo相機。Intel® RealSenseTM D435（Intel官網圖片）ToF（Time-of-Flight）技術的原理是由ToF模組的光源向被測對象發出光子，在抵達被測對象并通過圖像傳感器接收反射回到ToF模組的光子，計量此段“光的飛行時間”，在光速已知的前提下，即可得到距離數據。ToF相機技術是以光學系統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，全球知名代表產品有微軟Azure Kinect，Lucid Helios與Basler Blaze。維感科技作為國內迅速發展起來的工業級ToF相機技術研發與生產企業，亦推出了基于Sony ToF芯片，極具性價比的Vzense® DS系列。
戶外場景與低反射率物體的識別，一直都是AGV目標物識別的難點，強烈的光照會使圖像采集時光強度驟升，物體局部過曝，或產生較大明暗差，導致圖像質量下降，丟失物體細節，進而影響距離值的計算與識別的準確性。而黑色物體（如包裹，托盤，貨架）會因其超低反射率的原因，導致相機難以捕捉到較高質量的距離數據。針對這個常見的AGV識別痛點，進行了下述性能對比測試：測試條件：戶外，正午，太陽光直射，光照強度約60,000Lux相機機型：某主動雙目相機與維感科技Vzense® DS系列分別拍攝1米與1.5米距離處，相機正對與側對黑色托盤時的點云數據對比
分別拍攝1米與2米距離處，相機正對與側對藍色托盤時的點云數據對比
分別拍攝1米距離處的黑色托盤與藍色托盤，相機正對托盤時的點云數據放大后的平整度情況對比
綜合上述多組測試對比數據容易看出，在戶外1~2米測量距離處，維感科技Vzense® DS77 ToF相機產品擁有更好的抗光性，數據穩定性與平整度，更加適合AGV在戶外場景中進行托盤與貨物識別。這不僅得益于Vzense® DS系列搭載了性能卓越的Sony ToF芯片，將高精度檢測反射光相位的像素技術CAPD與背照式CMOS圖像傳感器高速像素技術結合，更得益于維感科技團隊多年來專注于ToF感知技術，將多頻模式與高動態范圍（HDR）技術融入到產品設計中，通過捕捉多個不同頻率與多個不同曝光時間的方式獲得圖像，使得復雜場景中的深度數據也可以精確到毫米級別。
Vzense® ToF相機已成功集成在多品牌AGV產品中，AGV叉車利用ToF相機提供的深度信息，識別不同明暗環境中的托盤、貨物、障礙物等，AGV可以安全準確地識別物品、拾取并運輸到目的地。
Vzense® RGB-D ToF相機安裝于農業AMR，用于識別水果或農作物的大小與顏色，從而判斷其成熟度，助力智慧農業。Vzense® ToF相機在海外多個農業AMR產品上，均有批量出貨且在戶外強光/黑暗中應用的案例。
Vzense® ToF相機可獲取堆積物的點云數據，從而計算倉庫物料、農作物、砂石、飼料等堆積物的庫存或使用情況。如下圖所示，國內某知名集團的混凝土車泵協同系統，將Vzense® ToF相機應用在出料篩網過程中檢測水泥漿的高度，從而自動控制水泥漿出料的速度，真正實現無人操控。將Vzense® ToF相機安裝在頂端，識別箱口、砂口、油罐口的準備坐標信息后，導引設備移動到目標位置，使得裝載過程更為精準與高效，實現自動化裝卸。
工業級RGB-D TOF深度相機DS系列
- IP42/IP67防水防塵等級可選，滿足復雜環境需求
- RGB圖像與深度圖像微秒級同步，實時捕獲物體三維數據
- 支持 DepthHDR模式以獲取高對比度和復雜場景中的數據
