什么是 3D 激光三角測量？顧名思義，該技術使用三角計算從投射到物體上的激光線（或激光點）的圖像計算物體的高度。

圖片來源：Teledyne DALSA

您能否解釋一下，在過去二十年里，3D視覺技術發生了怎樣的變化？

像其他各種技術一樣，3D激光斷面儀也受益于更高速度下的密度增加、占地面積減少和微芯片集成水平提高。更高的速度、更大的帶有專用微處理器的FPGA和低功率、小尺寸的激光器使3D激光剖面儀更容易被用于一些在線檢測應用。

為什么一維（線掃描）和二維（面積成像）在15年前主導了整個行業？

一維和二維成像傳感器繼續蓬勃發展，因為這些是3D激光傳感器的核心構件之一。例如，具有集成圖像增強功能的高幀率圖像傳感器使3D激光測繪儀能夠提供更高的分辨率和更高的可靠性。

是什么讓3D技術比這些平臺更有優勢？

圖像傳感器的質量和速度、嵌入式視覺、FPGA、激光器、光學器件和智能系統的平行進步，使3D成像成為今天更可行的選擇。3D成像技術現在成本低、可靠、可重復、易于實施，并在各種高要求的應用中得到驗證。雖然一維和二維仍在廣泛使用，但3D現在幾乎在所有情況下都能為決策矩陣增加寶貴的信息。

為了獲得更好的結果，應用通常結合一維、二維和3D相機和傳感器，以獲得更多關于物體的信息，作為決策的基礎。更好的決策可以推動效率，減少浪費，并提高利潤率。

Teledyne提供哪些3D激光三角測量平臺？與消費者可獲得的類似設備相比，這些設備如何？

圖片來源：Teledyne DALSA

Z-Trak2?系列3D激光測繪儀采用Teledyne的3D圖像傳感器技術。Z-Trak2 S2K0系列具有45,000赫茲剖面和5GigE Vision接口，針對高速、在線3D測量應用，而Z-Trak2 V2K0系列具有10,000赫茲剖面率和1GigE接口，針對成本敏感的在線測量應用。

此外，Z-Trak2系列具有基于硬件的實時輪廓采集和處理功能，簡化了系統設計，同時最大限度地減少了處理開銷。憑借其單次掃描的HDR，Z-Trak2可以掃描不同反射率的表面，它避免了使用不同曝光時間的多次掃描來捕捉表面細節時所需要的復雜的圖像對齊和圖像拼接。

單線多傳感器同步及其通過組合不同類型的多個Z-Traks來創建一個共同的測量空間的能力，確保了強大、可靠和可重復的結果。

您能解釋一下3D激光三角測量法是如何建立圖像的嗎？

一個典型的3D激光剖面儀使用激光線和二維圖像傳感器之間的三角關系來進行測量。3D激光斷面儀包含一個激光器，與圖像傳感器的距離是已知的；圖像傳感器相對于激光器傾斜了一個已知的角度。

傳感器上成像的激光線的距離、角度和位置被用來計算物體沿激光線的高度（Z）和寬度（X）。兩個連續輪廓之間的已知位移提供了沿運動的長度（Y）。

這項技術是如何保持低成本的？

集成式激光三角剖面儀更容易使用和設置，不需要對操作員進行專門的培訓就能得到結果。例如，所有的Z-Trak2型號在出廠前都經過校準，以世界測量單位輸出高度和寬度。

此外，所有Z-Trak2型號都使用標準的現成電纜和網絡組件，以建立成本效益高的3D測量系統。為了進一步降低總擁有成本，Teledyne DALSA還在使用Z-Trak1或Z-Trak2時提供免費的Sherlock 8軟件許可（一種經過現場驗證的點選式機器視覺軟件包，適用于工廠車間應用）。

您能解釋一下高速CMOS傳感器的進步與FPGA和強大的嵌入式系統的結合是如何推動這項技術的？

高性能CMOS圖像傳感器提供了高幀率和片上功能，如HDR、分選和多AOIs。高幀率/剖面率使3D剖面儀能夠以更高的分辨率掃描快速移動的物體，而不會降低生產線的速度。當與FPGA結合時，剖析器可以從各種預處理步驟中卸載處理器，同時以確定的方式提供結果。

在不影響精度的情況下，3D激光三角測量法可以在什么范圍內操作？

利用這項技術可以實現廣泛的光學排列，而不必改變處理結構。簡單地改變機械和光學設計以獲得不同的分辨率，可以從幾米下降到5微米。

為什么用戶現在越來越多地轉向這種技術？

成本的降低、速度的提高、部署和維護的方便，使3D剖面儀得到更廣泛的接受。幾乎所有的機器視覺應用都可以使用在線高度、寬度和長度測量來提高產品質量和減少浪費。

圖片來源：Teledyne DALSA

是什么使這項技術易于集成，為什么會有這樣的優勢？

像Z-Trak2這樣的集成激光三角測量儀包括一個激光器、一個二維圖像傳感器、鏡頭和過濾器，這些都是在工廠校準過的。它們的目標是易于使用和低維護，因為它們不需要特別的操作員培訓或任何現場重新校準。

此外，一些輪廓傳感器，如Z-Trak2，使用標準的現成電纜和網絡組件來建立成本效益高的3D測量系統。與第三方或專有軟件包的互操作性使整合變得靈活，并保留了對軟件工具的投資。為了幫助進一步降低擁有成本，Teledyne DALSA提供免費的Sherlock 8軟件許可。

如何利用人工智能來推動這項技術？

現代電子技術和人工智能（AI）的發展，使系統變得更加強大，而且成本合理。例如，我們的Z-Trak系列剖面儀在輸出剖面圖的同時也輸出強度數據。通過結合這些數據，人工智能模型可以對不同的缺陷進行分類。

3D激光三角測量法有哪些缺點？Teledyne是如何解決這些問題的？

剖析儀中使用的三角測量設置會產生遮擋，因為激光和圖像傳感器總是相互成一個角度。Teledyne DALSA能夠將多臺Z-Trak輪廓儀結合起來，從不同角度掃描物體，以消除遮擋現象。激光斑點也是一個挑戰，它是激光器本身產生的固有噪聲，降低了系統的分辨率。