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3D感知将引领工业领域未来发展
来源:EEWORLD   发表时间:2022/8/30 10:32:00  浏览次数:
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导语:自从集成到 iPhone 的后置摄像头中以来,3D 成像技术在消费市场上得到了巨大推动。根据 Yole Group 的一份市场报告,当 iPhone 销量在 2021 年飙升时,移动和消费类 3D 相机的总收入增长到约 36 亿美元或 3.26 亿台。然而,移动相机中的 3D 传感应用仍然有限,只有少数增强现实 (AR) 游戏可用,在其他应用中较少使用。移动领域 3D 传感的潜在未来应用确实包括 AR 和元宇宙,这需要技术的发展,以实现虚拟世界和人类的交互。

  然而,消费类虚拟现实之外的 3D 传感可能还有更有趣的潜在应用。在工业和汽车环境中,3D 相机对于在制造、物流、医药和公共安全领域执行精细而复杂的工作至关重要。3D 传感技术的行业领导者 ams OSRAM表示,3D 传感对于工业 5.0 至关重要,在工业 5.0 中,机器和人类直接交互以创建可持续和富有弹性的供应链。因此,这种传感定位将在智能技术、机器人技术、工厂自动化、自动光学检测等领域发挥巨大作用。迄今为止,3D 传感和扫描一直是用于设计、检查和质量控制的鲜为人知的技术之一,但集成该技术可以在应用中带来许多好处,包括逆向工程和分析。

  传感器融合

  随着传感器功能在制造业中的扩展和数据生成的迅速增加,传感器融合变得可能且至关重要。可视化制造过程对于形成洞察力和防止潜在漏洞至关重要。传感器融合通过融合来自多个来源和传感器类型的数据以产生可靠的信息,克服了单个传感器系统(相机、光传感器、LIDAR 等)的局限性。这种架构使用户能够从宏观或微观层面处理流程,因为制造商可以对供应链进行建模和信息收集,同时也可对微处理器、相机和激光雷达系统的组件进行建模。

  融合来自多个来源的数据是 3D 机器视觉的优势之一,因为它具有强实时性。从广义上讲,机器视觉涵盖了所有工业和非工业应用,其中硬件和软件共同提供基于图像捕获和处理的操作指导。这种工业视觉系统虽然使用类似于学术和军事计算机视觉应用的算法和方法,但需要更高的鲁棒性、可靠性和稳定性——这些属性通过有效的 3D 视觉系统得到改善。这些系统可以执行客观测量,例如引导机器人对齐零件或验证灌满瓶子所需的测量。

  这种传感器融合概念目前正在由Texas A&M的SecureAmerica 研究所的合作伙伴 Amentum 和 Unity 合作开发,Unity 也是一家以3D AR 和 VR 体验而闻名的游戏公司。Unity 团队正在努力构建一个可视化系统来对传感器融合实体进行建模并使用这些信息来创建实时信息,他们认为这将是确保更具弹性的供应链制造流程的关键部分。最终,希望建立一个传感器融合图形库,以实现协作生态系统,使行业参与者能够共享数据和技术,使用它来模拟场景并迭代模拟以检测潜在问题。

  3D扫描

  这些潜在的 3D 传感生态系统的一部分将涉及 3D 扫描技术,该技术可以在具有精确尺寸的模拟世界中重新创建有关物理组件的信息。这可以使用激光扫描仪、光扫描仪、协调测量机 (CMM) 和计算机断层扫描 (CT) 来完成。通常,这些扫描仪会收集原始数据并将其转换为用户友好的格式,例如 CAD 模型。它们的精度以毫米为单位,因此可以监控对象的一致性以及以数字方式重新创建对象以进行分析。可以对照初始模板检查完整的产品表格,并以超高精确度突出显示不一致之处。

  Science Direct 于 2021 年发布的一份报告强调了 3D 扫描在整个工业领域的潜力,其中包括逆向工程、从现有组件设计中进行质量和尺寸分析并复制,以及监控工作流程以确保工人安全。以前专注于移动消费领域的公司已将注意力转向工业,并有一些相关应用,例如 ams OSRAM 转向研究行业自动化、自主机器人、无人机实施等。

  英飞凌和 pmd 为Magic Leap 2打造沉浸式 AR体验,具有 3D 间接飞行时间深度感应,专为企业级应用而设计。

  半导体制造商英飞凌也已进军该领域。2022 年 5 月,它宣布与 pmdtechnologies 合作,为 Magic Leap 2 开发 3D 深度感应技术,二者认为 AR 应用程序将从根本上改变我们的生活和工作方式,并且对于开发新的工业和医疗应用至关重要。Magic Leap 2 AR 耳机旨在让操作员更高效地工作、优化复杂流程以及改善员工之间的协作。简而言之,耳机可以捕捉用户的完整物理环境,而新的飞行时间成像器(带有 3D 图像传感器)帮助设备了解周围环境并与之互动。3D 成像器使耳机能够精确到毫米检测物体,从而提高安全性和效率。

  医学及其他领域的 3D 成像

  3D 成像设备也有许多医疗和汽车应用。 3D 传感、建模和打印支持假肢和其他设备生产的精确度,以及为外科医生提供精确的直接和间接视图以了解患者的身体结构。

  OMNIVISION (豪威)和 Lighthouse Imaging于2019 年创建了第一个 3D 内窥镜商业平台,为外科医生提供深度信息并降低内窥镜手术的风险。从那时起,应用程序不断扩展,包括患者监测、为手术引导收集图像数据以及整容手术。在汽车行业,3D 传感正在开发中,适用于从自动驾驶到车内监控和电子后视镜的方方面面。

  各种 3D 传感技术并非没有缺点,尽管采用组合方法的系统可能会减轻一些缺点。飞行时间和结构光传感器会受到随机噪声的影响,而激光传感和立体视觉只能提供有限的焦距。

  3D 传感的趋势似乎正朝着涉及人类操作、机器人技术以及各种传感和数据分析工具的协作系统发展,以创建强大而准确的数据集,这些数据集可以在从规划阶段到手术室的各种环境中轻松操作和工厂车间。元宇宙的概念可能激发市场对 3D 传感的新认识,但它具有与我们想象的制造业相结合的巨大潜力。

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