户外场景中,AGV厂商如何选择托盘识别3D视觉方案

日期:2023-05-31     来源:新战略    作者:新战略    浏览:2711    
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核心提示:ToF(Time-of-Flight)感知技术VS主动双目视觉技术
随着工业自动化的发展,AGV(自动引导车)已成为物流自动化领域中的关键工具。较大规模的工厂、仓库和物流中心纷纷引入AGV,以实现物流流程的自动化和智能化,从而提高物流效率、准确性和安全性,同时减少人工操作的错误和劳动强度,为整体生产和物流管理水平的提升做出贡献。

在这一自动化系统中,机器视觉发挥着重要角色。首先,它能进行障碍物检测与避障,通过实时的图像处理和目标识别算法,AGV能够识别并确定周围环境中的障碍物,采取相应的避障动作,确保安全通行。其次,机器视觉在AGV的导航与定位中起到关键作用。AGV配备摄像头或激光雷达等传感器,通过识别地标或标记物,确定自身的位置和方向,从而提供准确的导航信息,帮助AGV规划路径并精确到达目标位置。此外,机器视觉还用于识别和处理货物。AGV搭载视觉系统,能够识别货物或条码(二维码),确定货物的类型、数量和目的地,实现自动化的负载识别与处理。
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近些年迅猛发展的3D视觉技术已成为AGV领域的关键技术之一,进一步提升AGV智能化水平的同时,也实现了更高效、准确和安全的物流操作。在户外环境中,用于AGV托盘或货物识别最常见的两种3D视觉技术分别是主动双目视觉技术ToF(Time-of-Flight)感知技术,两种3D视觉技术均可用于物体深度信息的快速捕捉,但在性能表现中,依然存在一些差别,本文选择了全球知名的主动双目相机标杆产品与维感科技Vzense® DS系列的相机在户外强光2米距离范围内,进行了成像效果对比测试,供大家参考与选型。

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技术原理与代表产品

双目视觉技术
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双目视觉技术由两个相机组成,分别模拟人类的双眼,通过三角测距法计算物体到相机的距离。这两个相机被安装在一定的距离上,以获得不同的视角,通过同时捕捉同一场景的左右两个图像,并分析这些图像之间的视差(两个图像中对应点之间的位移),可以计算出场景中物体的深度信息。为提高数据准确性,往往在双目视觉技术基础上搭配主动投射特殊图形的光源,如红外光或结构光。通过分析左右两个图像之间的视差和光场的变化,计算出物体的深度信息,全球知名代表产品有Intel® RealSenseTM D400系列与ZED Stereo相机。
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Intel® RealSenseTM D435(Intel官网图片)
ToF(Time-of-Flight)相机技术
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ToF(Time-of-Flight)技术的原理是由ToF模组的光源向被测对象发出光子,在抵达被测对象并通过图像传感器接收反射回到ToF模组的光子,计量此段“光的飞行时间”,在光速已知的前提下,即可得到距离数据。ToF相机技术是以光学系统为接受路径的面阵一次性成像,非扫描式3D成像深度信息捕捉技术,全球知名代表产品有微软Azure Kinect,Lucid Helios与Basler Blaze。维感科技作为国内迅速发展起来的工业级ToF相机技术研发与生产企业,亦推出了基于Sony ToF芯片,极具性价比的Vzense® DS系列。

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02

户外测试数据对比

户外场景与低反射率物体的识别,一直都是AGV目标物识别的难点,强烈的光照会使图像采集时光强度骤升,物体局部过曝,或产生较大明暗差,导致图像质量下降,丢失物体细节,进而影响距离值的计算与识别的准确性。而黑色物体(如包裹,托盘,货架)会因其超低反射率的原因,导致相机难以捕捉到较高质量的距离数据。
针对这个常见的AGV识别痛点,进行了下述性能对比测试:
测试条件:户外,正午,太阳光直射,光照强度约60,000Lux
被测物体:1m*1.2m的黑色与蓝色托盘
相机机型:某主动双目相机与维感科技Vzense® DS系列
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测试场景实拍图
对比测试一:
分别拍摄1米与1.5米距离处,相机正对与侧对黑色托盘时的点云数据对比

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对比测试二:
分别拍摄1米与2米距离处,相机正对与侧对蓝色托盘时的点云数据对比

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对比测试三:
分别拍摄1米距离处的黑色托盘蓝色托盘,相机正对托盘时的点云数据放大后的平整度情况对比


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综合上述多组测试对比数据容易看出,在户外1~2米测量距离处,维感科技Vzense® DS77 ToF相机产品拥有更好的抗光性,数据稳定性与平整度,更加适合AGV在户外场景中进行托盘与货物识别。这不仅得益于Vzense® DS系列搭载了性能卓越的Sony ToF芯片,将高精度检测反射光相位的像素技术CAPD与背照式CMOS图像传感器高速像素技术结合,更得益于维感科技团队多年来专注于ToF感知技术,将多频模式与高动态范围(HDR)技术融入到产品设计中,通过捕捉多个不同频率与多个不同曝光时间的方式获得图像,使得复杂场景中的深度数据也可以精确到毫米级别。

03

VZENSE® DS系列户外成功案例分享

应用案例一:AGV叉车托盘识别与避障
Vzense® ToF相机已成功集成在多品牌AGV产品中,AGV叉车利用ToF相机提供的深度信息,识别不同明暗环境中的托盘、货物、障碍物等,AGV可以安全准确地识别物品、拾取并运输到目的地。

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应用案例二:农业AMR自主移动机器人
Vzense® RGB-D ToF相机安装于农业AMR,用于识别水果或农作物的大小与颜色,从而判断其成熟度,助力智慧农业。Vzense® ToF相机在海外多个农业AMR产品上,均有批量出货且在户外强光/黑暗中应用的案例。

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应用案例三:混凝土车泵协同
Vzense® ToF相机可获取堆积物的点云数据,从而计算仓库物料、农作物、砂石、饲料等堆积物的库存或使用情况。如下图所示,国内某知名集团的混凝土车泵协同系统,将Vzense® ToF相机应用在出料筛网过程中检测水泥浆的高度,从而自动控制水泥浆出料的速度,真正实现无人操控。
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应用案例四:箱口/砂口/油罐口等位置识别
将Vzense® ToF相机安装在顶端,识别箱口、砂口、油罐口的准备坐标信息后,导引设备移动到目标位置,使得装载过程更为精准与高效,实现自动化装卸。

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维感科技Vzense® DS系列新品介绍

DS86&DS87

工业级RGB-D TOF深度相机DS系列

  • 轻量化设计,结构紧凑,尺寸更小,重量更轻
  • 侧出口设计使安装和使用更加便捷
  • IP42/IP67防水防尘等级可选,满足复杂环境需求
  • 优化RGB解像力,更清晰的彩色图像显示
  • RGB图像与深度图像微秒级同步,实时捕获物体三维数据 
  • 支持 DepthHDR模式以获取高对比度和复杂场景中的数据 
  • 受环境光照影响小,可在强光和黑暗中无障碍识别
  • 软/硬触发模式,支持多相机同时工作

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