在介绍 3D 传感技术的基础知识时，我们讨论了使机器能够感知深度的核心概念和技术。在本次跟进中，我们将深入研究 3D 传感的特定应用——机器人视觉，并了解照明解决方案如何推动这一领域的进步。
机器的兴起
家用机器人不再是一个未来主义概念。机器人真空吸尘器、地板拖把、窗户吸尘器和割草机等设备已成为日常便利工具。随着时间的推移，它们变得更加智能和复杂。例如，早期的机器人真空吸尘器通常遵循随机路径，但现代模型使用先进的传感器来绘制房间地图。它们通过导航障碍物和系统地覆盖每个区域来更有效地清洁。
现在，由于人工智能 （AI） 和机器学习的快速进步，新一代功能更强大的机器人正在涌现。这些机器人将不再局限于简单的任务；他们开始承担复杂的责任，例如折叠衣物、准备餐点和布置餐桌。实现这种演变的关键技术之一是改善 3D 视觉。
机器人视觉：新能力的关键
对于机器人来说，要变得更熟练和多功能，更好的视觉系统至关重要。视觉传感器使机器人能够在复杂的环境中导航，识别和操作物体，并安全地与人交互。例如，在厨房中提供帮助的机器人必须能够感知深度以避免碰撞，准确抓取物品，并在3D空间中像人类一样操作。正如人类依靠立体视觉来理解世界一样，机器人需要相同的能力来有效地执行任务。
3D视觉至关重要，因为机器人必须在三维世界中运行 - 无论是在家庭中导航，拾取物体或与人类和宠物互动。如果无法感知环境中的深度，它们的效用将仅限于非常基本的相互作用。
3D 机器人视觉的方法
在机器人技术中实施 3D 视觉的方法有多种。立体视觉涉及使用两个相机来模拟人类深度感知，是一种方法。然而，立体视觉系统可能是计算密集型的，并且通常受到照明条件和所观察物体纹理的限制。
因此，许多机器人视觉系统依赖于更高效的技术，例如结构化光和飞行时间 （ToF） 传感。这两种方法都使用主动照明，通常在红外光谱中，以更可靠和更少的环境限制捕获深度信息。我们的博客“3D Sensing 深入研究”中详细讨论了这些技术。
简而言之，结构化光的工作原理是将图案（例如网格或点）投射到场景上，并测量图案在撞击表面时如何变形。它非常适合短距离、高精确任务，例如识别小物体或精细细节。相比之下，ToF 技术可测量光线从表面反射回所需的时间，用途更加广泛。虽然它可能无法提供与结构化光相同的细节水平，但它可以在短距离和长距离内工作，使其特别适用于机器人视觉。
To F 照明选项
ToF 系统通常使用两种照明类型：泛光照明和点投影。洪水照明提供密集、均匀的点云，可捕获整个场景。然而，它有时可能遭受较低的信噪比，并且更容易受到多路径影响，其中光在到达传感器之前从多个表面反射。这可能会限制其远距离精度。
另一方面，点投影机创建了稀疏点云，但通过减少多路径干扰的影响，提供了更好的信噪比性能和更高的精确。点投影机也往往具有更长的射程能力，使其在更大的空间或复杂的环境中更有效。
机器人的各种可能用途非常广泛。根据具体应用，机器人开发人员可以在泛光照明和点投影机之间进行选择，或者在某些情况下，将两者结合起来。例如，使用泛光照明在宽视场上进行感应，并在需要扩展距离感应时用点投影机进行补充。
值得注意的是，功耗对于自主机器人来说往往至关重要，因为它们可能需要在充电会话之间长时间运行。在这种情况下，点投影机可能优于泛光照明器，因为它们的功耗通常较低。
Coherent 照明解决方案
每个机器人应用都有独特的挑战，例如不同水平的环境光、不同的视角，以及需要在很长的距离内有效运行。因此，相干公司提供一系列现成的照明模块，非常适合机器人视觉应用。其中包括泛光照明器和点投影器，旨在实现无缝集成和最佳性能。
我们的泛光照明器具有不同的功率水平，范围从 4.5 W 到 11 W，并提供从 60° x 45° 到 140° x 110° 的一系列视场选项。它们非常高效，即使在电池供电的设备中也能确保可靠的性能。
我们的点投影机同样用途广泛，提供 67° x 53° 和 1，100 个点、130° x 110° 和 3，000 个点的各种配置。它们提供小光斑尺寸、高对比度和出色的眼睛安全性，因此适用于各种机器人应用。
我们所有的照明模块，包括泛光照明器和点投影器，都采用表面安装技术 （SMT） 封装。这种紧凑的外形使其易于集成，并且与主要 ToF 传感器制造商的参考设计完全兼容。
结论
借助 Coherent 高意现成的 SMT 泛光和点投影模块，为机器人视觉系统中的飞行时间相机设计定制的照明解决方案变得前所未有的简单。无论您是在开发下一代家用机器人，还是在智能家居自动化、安全或移动设备中的先进应用，我们的解决方案都能为您提供成功所需的灵活性和性能。
