据麦姆斯咨询介绍，传统的工业相机主要实现2D成像，缺少空间深度信息。3D视觉技术的出现有效化解了2D相机在复杂物体的模式识别和测量中的痛点问题。西安知微传感技术有限公司（以下简称“知微传感”）是国内领先的自主研发MEMS微振镜及应用方案供应商，在国内率先实现MEMS微振镜在高精度3D相机以及激光雷达方面的批量落地应用。
近日，在深圳会展中心举行的‘第二十七届“微言大义”研讨会：机器视觉及工业检测’上，知微传感市场总监何伟先生，发表了题为《激光快照式3D相机，三维机器视觉的新选择》的主题演讲，向大家分享了知微传感最新的3D机器视觉技术解决方案和典型应用，下面请跟随麦姆斯咨询一起回顾精彩的演讲内容。
知微传感市场总监何伟先生发表主题演讲
主流3D视觉技术方案介绍
根据是否需要光源，3D视觉技术可分为主动光和非主动光两大类，大家比较熟悉的“可见光”双目摄像头属于非主动光技术，它的原理是通过模拟人的双眼，根据视差产生三维数据；主动光技术主要有三角测距法和飞行时间（ToF）法两类方案。何伟先生介绍，“知微传感采用的3D视觉技术是基于可调光栅的动态结构光方案，属于三角测距法中一种时间编码方式，该方法的主要优势是可以在精度和效率方面获得较好的均衡。”
图1 3D视觉技术分类
激光快照式3D相机的技术特点
传统快照式3D扫描仪采用的动态结构光方案，通过DLP投影仪（数字光处理，采用TI数字微镜阵列）向被测物体进行光栅投射，条纹光栅在被测物体表面产生变形（被调制），然后利用摄像头拍摄，再经过测量算法获得三维形貌。
图2 传统快照式3D扫描仪与激光快照式3D相机比对
激光快照式3D相机采用的动态结构光方案在光束操纵方面与传统快照式3D扫描仪不同，其通过MEMS微振镜扫描激光的方式实现条纹光栅投射，而在3D成像算法方面两者相似。另外，知微传感的激光快照式3D相机采用单目摄像头，与传统快照式3D扫描仪使用双目摄像头相比，具有多项优势：（1）使得整个系统体积大幅缩小；（2）成本得到有效控制；（3）更高的性价比。
知微传感的激光快照式3D相机主要定位于亚毫米级精度的工业应用。“目前市面上，能提供高可靠性的类似产品并不多。”何伟先生说道，“微米级精度的3D相机，性能冗余但价格高昂；毫米级精度的3D相机虽然价格不高，但是精度不够。所以，知微传感的这款3D相机主要切入介于毫米级与微米级精度之间的工业场景。”
此外，知微传感的激光快照式3D相机还具有如下特点：（1）在片上进行点云计算，可以同时输出点云、深度、灰度以及RGB信息；（2）使用激光光源，对环境的抗干扰能力强；（3）支持POE供电；（4）支持多平台开发；（5）体积小、质量轻等。
激光快照式3D相机的主要优势
相比市面上其它的3D视觉技术，激光快照式3D相机的优势主要体现在以下三点：
（1）具有超大景深，景深范围可达3米。何伟先生解释说：“通常基于DLP的方案由于镜头限制，工作景深较浅，只有几十厘米。在实际应用中，基于DLP的方案对一些较小或平整物件的高精度检测是没问题的，但是在面对大型工件，或者景深差异超过1~2米的应用场景时则无法使用，在这种情况下激光快照式3D相机将是理想的选择！我们从几十厘米到几米超宽景深范围内都可以确保成像的高精度。”
（2）具有亚毫米级精度，精度最优可达为0.15mm。何伟先生说道：“基于DOE的散斑结构光方案，通常只有毫米级精度，而激光快照式3D动态结构光方案可以达到亚毫米级更高精度。”
（3）扫描速度快，最快0.2秒完成扫描。相比线激光扫描方案，激光快照式3D相机没有传送带等可动装置，即不需要与被测物体产生相对运动，通过对整个物件快速扫描以获取表面深度信息，非常适用于一些对节拍有要求的应用场合。
图3 激光快照式3D相机的主要优点
激光快照式3D相机的典型应用
当前，3D机器视觉技术已广泛应用在堆垛和拆垛、无序分拣、产品检验、路径引导、3D人脸识别、建模/测量等多种工业场景。本次研讨会上，何伟先生向大家展示了知微传感激光快照式3D相机的一些典型客户案例和最新成果。
（1）拆码垛和无序分拣。在介绍拆码垛应用时，何伟先生表示：“实际上，许多的垛型高度都在1~2米，对于这种情况传统的DLP方案很难覆盖，而激光快照式3D相机景深可以达到3米，能够完全胜任。利用相机捕捉的高精度3D点云数据，我们可以得到物体Z向的高度信息，同时X/Y方向的测量精度也足够高，可以进行图像分割，从而引导机器人在作业分拣、上下料和拆码垛时的搬运和抓取。”
（2）机械手臂引导。涂胶是知微传感3D相机的典型应用之一。在制鞋厂，制鞋机器人通过3D相机对鞋底扫描和鞋边位置信息提取，引导机械手臂对鞋底进行打粗、涂胶等工序，从而减少人工支出和提高生产效率。
（3）人体建模和3D人脸识别。激光快照式3D相机还能实现人体高精度的3D数据建模，主要应用于鞋子定制、医疗美容以及3D人脸识别方面。何伟指出：“知微传感的3D相机采用近红外光源，在采样时对人体进行无感扫描，另外我们的产品体积小巧，非常有利于系统设备在终端应用和推广。”
图4 激光快照式3D相机的典型应用
知微传感之“芯”——MEMS微振镜
“MEMS微振镜芯片及其应用技术”是知微传感3D相机的核“芯”，凭借着优秀的研发积累和技术实力，知微传感在2018年获得了目前MEMS微镜领域立项的唯一一个国家重点研发计划支持。MEMS微振镜作为一种关键的光束操纵元件，在体积、成本、可靠性方面都远胜于当前的机械式光束操纵方案，在3D相机、条形码扫描、激光打印机、激光雷达、医疗成像、光通讯等领域拥有广泛的应用前景。
最后，何伟先生也介绍了知微传感的MEMS微振镜芯片和固态扫描模组产品。当前知微传感已成功实现MEMS微振镜的6英寸和8英寸代工量产，可提供单轴和双轴多款MEMS微振镜产品。针对MEMS微振镜芯片闭环控制的用户痛点，知微传感还推出了易用的MEMS微振镜扫描模组，该模组将MEMS微振镜芯片与位置检测、驱动电路、闭环控制电路集成一体，用户只需供电并做好配置即可快速导入使用，将大大缩短产品的开发周期。
图5 知微传感MEMS微振镜芯片和固态扫描模组产品
