ToF（Time-of-Flight）感知技術(shù)VS主動雙目視覺技術(shù)

隨著工業(yè)自動化的發(fā)展，AGV（自動引導(dǎo)車）已成為物流自動化領(lǐng)域中的關(guān)鍵工具。較大規(guī)模的工廠、倉庫和物流中心紛紛引入AGV，以實現(xiàn)物流流程的自動化和智能化，從而提高物流效率、準(zhǔn)確性和安全性，同時減少人工操作的錯誤和勞動強(qiáng)度，為整體生產(chǎn)和物流管理水平的提升做出貢獻(xiàn)。

在這一自動化系統(tǒng)中，機(jī)器視覺發(fā)揮著重要角色。首先，它能進(jìn)行障礙物檢測與避障，通過實時的圖像處理和目標(biāo)識別算法，AGV能夠識別并確定周圍環(huán)境中的障礙物，采取相應(yīng)的避障動作，確保安全通行。其次，機(jī)器視覺在AGV的導(dǎo)航與定位中起到關(guān)鍵作用。AGV配備攝像頭或激光雷達(dá)等傳感器，通過識別地標(biāo)或標(biāo)記物，確定自身的位置和方向，從而提供準(zhǔn)確的導(dǎo)航信息，幫助AGV規(guī)劃路徑并精確到達(dá)目標(biāo)位置。此外，機(jī)器視覺還用于識別和處理貨物。AGV搭載視覺系統(tǒng)，能夠識別貨物或條碼（二維碼），確定貨物的類型、數(shù)量和目的地，實現(xiàn)自動化的負(fù)載識別與處理。

近些年迅猛發(fā)展的3D視覺技術(shù)已成為AGV領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一，進(jìn)一步提升AGV智能化水平的同時，也實現(xiàn)了更高效、準(zhǔn)確和安全的物流操作。在戶外環(huán)境中，用于AGV托盤或貨物識別最常見的兩種3D視覺技術(shù)分別是主動雙目視覺技術(shù)和ToF（Time-of-Flight）感知技術(shù)，兩種3D視覺技術(shù)均可用于物體深度信息的快速捕捉，但在性能表現(xiàn)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(jī)標(biāo)桿產(chǎn)品與維感科技Vzense DS系列的相機(jī)在戶外強(qiáng)光2米距離范圍內(nèi)，進(jìn)行了成像效果對比測試，供大家參考與選型。

01

技術(shù)原理與代表產(chǎn)品

雙目視覺技術(shù)

雙目視覺技術(shù)由兩個相機(jī)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(jī)的距離。這兩個相機(jī)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(yīng)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(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，往往在雙目視覺技術(shù)基礎(chǔ)上搭配主動投射特殊圖形的光源，如紅外光或結(jié)構(gòu)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(chǎn)品有Intel RealSenseTM D400系列與ZED Stereo相機(jī)。

IntelRealSenseTMD435（Intel官網(wǎng)圖片）

ToF（Time-of-Flight）相機(jī)技術(shù)

ToF（Time-of-Flight）技術(shù)的原理是由ToF模組的光源向被測對象發(fā)出光子，在抵達(dá)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(shù)據(jù)。ToF相機(jī)技術(shù)是以光學(xué)系統(tǒng)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(shù)，全球知名代表產(chǎn)品有微軟Azure Kinect，Lucid Helios與Basler Blaze。維感科技作為國內(nèi)迅速發(fā)展起來的工業(yè)級ToF相機(jī)技術(shù)研發(fā)與生產(chǎn)企業(yè)，亦推出了基于Sony ToF芯片，極具性價比的Vzense DS系列。

Azure Kinect DK

（Microsoft官網(wǎng)圖片）

維感科技Vzense DS系列

02

戶外測試數(shù)據(jù)對比

戶外場景與低反射率物體的識別，一直都是AGV目標(biāo)物識別的難點，強(qiáng)烈的光照會使圖像采集時光強(qiáng)度驟升，物體局部過曝，或產(chǎn)生較大明暗差，導(dǎo)致圖像質(zhì)量下降，丟失物體細(xì)節(jié)，進(jìn)而影響距離值的計算與識別的準(zhǔn)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(dǎo)致相機(jī)難以捕捉到較高質(zhì)量的距離數(shù)據(jù)。 針對這個常見的AGV識別痛點，進(jìn)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(qiáng)度約60,000Lux

被測物體：1m*1.2m的黑色與藍(lán)色托盤

相機(jī)機(jī)型：某主動雙目相機(jī)與維感科技Vzense DS系列

測試場景實拍圖

對比測試一：

分別拍攝1米與1.5米距離處，相機(jī)正對與側(cè)對黑色托盤時的點云數(shù)據(jù)對比

對比測試二：

分別拍攝1米與2米距離處，相機(jī)正對與側(cè)對藍(lán)色托盤時的點云數(shù)據(jù)對比

對比測試三：

分別拍攝1米距離處的黑色托盤與藍(lán)色托盤，相機(jī)正對托盤時的點云數(shù)據(jù)放大后的平整度情況對比

綜合上述多組測試對比數(shù)據(jù)容易看出，在戶外1~2米測量距離處，維感科技Vzense DS77 ToF相機(jī)產(chǎn)品擁有更好的抗光性，數(shù)據(jù)穩(wěn)定性與平整度，更加適合AGV在戶外場景中進(jìn)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(shù)CAPD與背照式CMOS圖像傳感器高速像素技術(shù)結(jié)合，更得益于維感科技團(tuán)隊多年來專注于ToF感知技術(shù)，將多頻模式與高動態(tài)范圍（HDR）技術(shù)融入到產(chǎn)品設(shè)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(fù)雜場景中的深度數(shù)據(jù)也可以精確到毫米級別。

03

VZENSEDS系列戶外成功案例分享

應(yīng)用案例一：AGV叉車托盤識別與避障Vzense ToF相機(jī)已成功集成在多品牌AGV產(chǎn)品中，AGV叉車?yán)肨oF相機(jī)提供的深度信息，識別不同明暗環(huán)境中的托盤、貨物、障礙物等，AGV可以安全準(zhǔn)確地識別物品、拾取并運(yùn)輸?shù)侥康牡亍?/p>

應(yīng)用案例二：農(nóng)業(yè)AMR自主移動機(jī)器人

Vzense RGB-D ToF相機(jī)安裝于農(nóng)業(yè)AMR，用于識別水果或農(nóng)作物的大小與顏色，從而判斷其成熟度，助力智慧農(nóng)業(yè)。Vzense ToF相機(jī)在海外多個農(nóng)業(yè)AMR產(chǎn)品上，均有批量出貨且在戶外強(qiáng)光/黑暗中應(yīng)用的案例。

應(yīng)用案例三：混凝土車泵協(xié)同Vzense ToF相機(jī)可獲取堆積物的點云數(shù)據(jù)，從而計算倉庫物料、農(nóng)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(nèi)某知名集團(tuán)的混凝土車泵協(xié)同系統(tǒng)，將Vzense ToF相機(jī)應(yīng)用在出料篩網(wǎng)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(xiàn)無人操控。

應(yīng)用案例四：箱口/砂口/油罐口等位置識別

將Vzense ToF相機(jī)安裝在頂端，識別箱口、砂口、油罐口的準(zhǔn)備坐標(biāo)信息后，導(dǎo)引設(shè)備移動到目標(biāo)位置，使得裝載過程更為精準(zhǔn)與高效，實現(xiàn)自動化裝卸。

04

維感科技VzenseDS系列新品介紹

DS86&DS87

工業(yè)級RGB-D TOF深度相機(jī)DS系列

輕量化設(shè)計，結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸更小，重量更輕

側(cè)出口設(shè)計使安裝和使用更加便捷

IP42/IP67防水防塵等級可選，滿足復(fù)雜環(huán)境需求

優(yōu)化RGB解像力，更清晰的彩色圖像顯示

RGB圖像與深度圖像微秒級同步，實時捕獲物體三維數(shù)據(jù)

支持 DepthHDR模式以獲取高對比度和復(fù)雜場景中的數(shù)據(jù)

受環(huán)境光照影響小，可在強(qiáng)光和黑暗中無障礙識別

軟/硬觸發(fā)模式，支持多相機(jī)同時工作

審核編輯 ：李倩