Che cos’è la visione stereoscopica?
La visione stereo è una delle principali tecnologie impiegate nella visione artificiale tridimensionale, insieme alla profilazione 3D, alla Time of Flight (ToF) e alla luce strutturata.
Come per altri tipi di tecnologia di imaging 3D, l’obiettivo della visione stereoscopica è quello di risolvere il problema della percezione della profondità, essenziale in tutte le applicazioni 3D.
Simile al funzionamento del sistema visivo umano, la visione stereo utilizza due o più telecamere per catturare immagini a tutto campo da angolazioni diverse, consentendo così la ricostruzione tridimensionale degli oggetti.
Funzionamento visione stereoscopica 3D
Come funziona la visione binoculare?
Le telecamere stereoscopiche replicano fedelmente il principio di funzionamento dei nostri occhi, offrendo una percezione accurata e in tempo reale della profondità. Utilizzando due sensori posti a una distanza prestabilita, le telecamere triangolano i pixel corrispondenti su entrambi i piani 2D. Ogni pixel di un’immagine rappresenta un punto sul raggio 3D della scena. Sfruttando più telecamere, è possibile ottenere una serie di raggi, e l’intersezione di questi raggi fornisce la posizione 3D di un oggetto e delle sue caratteristiche.
Attraverso una triangolazione di base dei pixel e delle intersezioni dei raggi, possiamo determinare la posizione 3D del cono stradale. Maggiore è la disparità, maggiore è lo scostamento angolare dall’oggetto e quindi maggiori sono le informazioni sulla profondità 3D. Questo ridurrà problemi come l’occlusione ottica, ma richiederà un’attenta calibrazione per avere successo.
Stereo visione passiva e attiva
La visione stereo nell’ambito della visione artificiale viene classificata come tecnologia passiva, poiché non richiede l’uso di illuminazione artificiale per operare. Una telecamera stereo può essere facilmente installata, calibrata e utilizzata senza la necessità di fonti di luce aggiuntive.
Tuttavia, alcune applicazioni di visione stereo traggono vantaggio dall’uso di illuminazione artificiale o di sorgenti di luce strutturata per migliorare la visibilità. In effetti, in alcuni casi, queste applicazioni dipendono dall’illuminazione aggiuntiva per funzionare correttamente. Questo approccio è conosciuto come stereoscopia attiva, che presenta vantaggi e svantaggi proprio come la stereoscopia passiva.
Vantaggi e svantaggi della visione stereoscopica
Vantaggi
– Riduzione del carico sulla CPU: Le telecamere di visione stereo, come le telecamere Bumblebee X (link telecamere appena disponibile) di Teledyne Flir, possono alleviare lo stress sulla CPU del sistema embedded o dell’unità di calcolo industriale. Grazie alla potente elaborazione tramite FPGA, la maggior parte delle elaborazioni avviene senza gravare sulla CPU.
– Adattabilità alle condizioni ambientali: i sistemi di telecamere stereo passive possono operare senza l’ausilio di laser o LED aggiuntivi e funzionano efficacemente in varie condizioni di illuminazione ambientale.
– Efficacia in ambienti ben illuminati: la visione stereo offre risultati eccellenti in ambienti ben illuminati, rendendola ideale per applicazioni come la raccolta dei rifiuti e le automobili autonome.
– Gestione delle lunghe distanze e degli oggetti in movimento: rispetto ad altre tecnologie di imaging 3D, la visione stereo è in grado di gestire bene le lunghe distanze e gli oggetti in movimento, senza vincoli significativi sul raggio di movimento dell’oggetto target.
– Rilevamento della profondità in tempo reale: una volta calibrato, un sistema di telecamere a visione stereo può rilevare la profondità in tempo reale, consentendo agli utenti di beneficiare della mappatura della profondità del colore per una maggiore visibilità.
Svantaggi
– Richiesta di grosse risorse computazionali: algoritmi come il Semi-global matching (SGM) possono richiedere una notevole quantità di risorse CPU quando non sono supportati da hardware dedicato come FPGA o GPU.
– Limitazioni in condizioni di scarsa illuminazione o oggetti non strutturati: la visione stereo può incontrare difficoltà in condizioni di scarsa illuminazione o quando si confronta con oggetti privi di texture o scene non strutturate.
In sintesi, la visione stereo offre numerosi vantaggi, tra cui la riduzione del carico sulla CPU, l’adattabilità alle condizioni ambientali e l’efficacia in ambienti ben illuminati. Tuttavia, può richiedere risorse computazionali significative e incontrare limitazioni in alcune condizioni di illuminazione o strutture degli oggetti.
La mappatura dei colori aiuta a quantificare visivamente le distanze sullo schermo
Scelta della telecamera stereo
Le telecamere stereo della serie Bumblebee X, prodotte da Teledyne Flir, rappresentano una soluzione ideale per soddisfare la crescente richiesta di visione stereoscopica in tempo reale. Queste telecamere consentono di testare e implementare sistemi di percezione della profondità con grande efficacia, operando con precisione fino a 20 metri di distanza.
BumblebeeX: telecamera stereoscopica 3d Teledyne Flir
Dotate di una base di 24 cm, calibrata in fabbrica, e sensori da 3 MP, le telecamere Bumblebee X offrono prestazioni ottimali per applicazioni in tempo reale che richiedono elevata precisione e bassa latenza. Un punto di forza di questa serie è la classificazione IP67 del sistema di visione industriale, che assicura resistenza e affidabilità anche in ambienti industriali difficili.
Le opzioni di ordinazione comprendono telecamere a colori e monocromatiche, con diverse configurazioni di campo visivo per adattarsi alle esigenze specifiche dell’applicazione. Inoltre, la flessibilità di connessione tramite PoE 1GigE o 5GigE facilita l’integrazione con altri sistemi e infrastrutture di rete.
Grazie alla capacità di elaborazione a bordo, le telecamere Bumblebee X sono in grado di generare rapidamente ed efficientemente mappe di profondità e dati a colori, semplificando la conversione e la colorizzazione della nuvola di punti. Inoltre, la possibilità di attivare un proiettore a pattern esterno e sincronizzare più sistemi consente di ottenere informazioni sulla profondità 3D ancora più precise e affidabili.
Applicazioni con visione 3D stereoscopica
I sistemi di visione stereoscopica sono estremamente versatili e trovano applicazione in una vasta gamma di settori, tra cui il pick and place e la guida robotica. In particolare, i veicoli a guida autonoma hanno tratto enormi vantaggi dall’adozione della visione stereo 3D. La combinazione di questa tecnologia con reti neurali consente di sviluppare soluzioni altamente efficaci e all’avanguardia per una varietà di applicazioni.
Per coloro che sono interessati a saperne di più sulle tecniche di acquisizione 3D e sulla visione artificiale, invitiamo a partecipare ai nostri training gratuiti: qui puoi trovare tutte le informazioni sui prossimi webinar 3D.
SCHEDE DEI PRODOTTI
