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戶外場景中，AGV廠商如何選擇托盤識別3D視覺方案

發(fā)布時間: 2023-05-31 10:05:21 來源:新戰(zhàn)略

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(yè)自動化的發(fā)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(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(tǒng)中，機器視覺發(fā)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(huán)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(guī)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(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)自動化的負載識別與處理。

近些年迅猛發(fā)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(xiàn)了更高效、準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(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。

技術原理與代表產品

雙目視覺技術

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(shù)據(jù)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(wǎng)圖片）

ToF（Time-of-Flight）相機技術

ToF（Time-of-Flight）技術的原理是由ToF模組的光源向被測對象發(fā)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(shù)據(jù)。ToF相機技術是以光學系統(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，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(fā)展起來的工業(yè)級ToF相機技術研發(fā)與生產企業(yè)，亦推出了基于Sony ToF芯片，極具性價比的Vzense® DS系列。

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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(jié)，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(shù)據(jù)。

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

被測物體：1m*1.2m的黑色與藍色托盤

相機機型：某主動雙目相機與維感科技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，相機正對與側對黑色托盤時的點云數(shù)據(jù)對比

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對比測試二：

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(shù)據(jù)對比

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對比測試三：

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(shù)據(jù)放大后的平整度情況對比

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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相機產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(tài)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(shù)據(jù)也可以精確到毫米級別。

VZENSE® DS系列戶外成功案例分享

應用案例一：AGV叉車托盤識別與避障

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(huán)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?shù)侥康牡亍?br />

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應用案例二：農業(yè)AMR自主移動機器人

Vzense® RGB-D ToF相機安裝于農業(yè)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(yè)。Vzense® ToF相機在海外多個農業(yè)AMR產品上，均有批量出貨且在戶外強光/黑暗中應用的案例。

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應用案例三：混凝土車泵協(xié)同

Vzense® ToF相機可獲取堆積物的點云數(shù)據(jù)，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(xié)同系統(tǒng)，將Vzense® ToF相機應用在出料篩網(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。

應用案例四：箱口/砂口/油罐口等位置識別

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(xiàn)自動化裝卸。

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維感科技Vzense® DS系列新品介紹

DS86&DS87

工業(yè)級RGB-D TOF深度相機DS系列

輕量化設計，結構緊湊，尺寸更小，重量更輕
側出口設計使安裝和使用更加便捷
IP42/IP67防水防塵等級可選，滿足復雜環(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雜場景中的數(shù)據(jù)
受環(huán)境光照影響小，可在強光和黑暗中無障礙識別
軟/硬觸發(fā)模式，支持多相機同時工作

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來源: 新戰(zhàn)略

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