2D機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)已經(jīng)部署了幾十年，在某些應(yīng)用場(chǎng)景下表現(xiàn)出色。但是在很多場(chǎng)景中，2D視覺(jué)存在一些限制，而新興3D機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)卻可以使用。無(wú)論是2D視覺(jué)還是3D視覺(jué)，其功能和性能直接取決于五個(gè)主要組件：光源、光學(xué)鏡頭、數(shù)字(CMOS或CCD)圖像傳感器、圖像處理軟件工具和通訊接口。

2D視覺(jué)

在純2D機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的情況下，獲取的目標(biāo)圖像實(shí)際上是二維平面圖。2D圖像不提供任何高度信息，即：有X和Y數(shù)據(jù)，但沒(méi)有深度數(shù)據(jù)。我們所看到的實(shí)際上是從特定視點(diǎn)觀看的3D對(duì)象的輪廓。不同的視點(diǎn)和不同的對(duì)象會(huì)有不同的輪廓，從而使2D機(jī)器視覺(jué)在形狀信息對(duì)于執(zhí)行任務(wù)至關(guān)重要的應(yīng)用中用途有限。對(duì)于許多簡(jiǎn)單的應(yīng)用場(chǎng)景，高度和真實(shí)形狀信息的缺乏沒(méi)有影響。

如：特征識(shí)別與定位、尺寸檢測(cè)、條碼讀取、字符識(shí)別、標(biāo)簽驗(yàn)證、質(zhì)量檢驗(yàn)、監(jiān)控和目標(biāo)跟蹤、有無(wú)檢測(cè)等。

2D視覺(jué)的局限性

1、由于目標(biāo)物體圖像是由其反射的光形成的，因此環(huán)境條件的變化或光源變化可能會(huì)對(duì)精度產(chǎn)生不利影響。在工廠環(huán)境中，太多的光線、太少的光線或陰影都會(huì)影響2D平面中出現(xiàn)的邊緣和特征的清晰度。因此，對(duì)照明的敏感性是一個(gè)問(wèn)題。

2、由于2D機(jī)器視覺(jué)所依賴的目標(biāo)對(duì)象表面上的對(duì)比(清晰的邊緣和特征)，因此它也將難以處理非常黑暗或非常光亮的目標(biāo)。雖然有很多不同的方法可以照亮目標(biāo)，但是無(wú)法拾取對(duì)象的邊緣和特征。缺乏對(duì)比度也會(huì)帶來(lái)問(wèn)題。

3、由于我們無(wú)法使用2D機(jī)器視覺(jué)處理任何高度信息，因此，對(duì)于目標(biāo)對(duì)象在Z方向存在高度差，會(huì)對(duì)成像造成很大影響。

4、二維機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)無(wú)法應(yīng)對(duì)三維形狀或形式的復(fù)雜性。特別是對(duì)于需要在X或Y平面之外測(cè)量尺寸的復(fù)雜零件和組件;需要確定零件體積的位置;當(dāng)需要以精確的方式拾取和放置零件時(shí)，則2D機(jī)器視覺(jué)就無(wú)法完成任務(wù)。

3D視覺(jué)

在3D機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中，目標(biāo)對(duì)象圖像不再只是平面圖片?，F(xiàn)在，它是一個(gè)具有精確坐標(biāo)的三維點(diǎn)云，可以知道空間中每個(gè)像素的位置。它還同時(shí)提供X，Y和Z平面數(shù)據(jù)以及相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)信息(圍繞每個(gè)軸)。

實(shí)現(xiàn)3D機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)有四種主要技術(shù)：激光三角法、立體視覺(jué)、飛行時(shí)間和結(jié)構(gòu)光。與二維圖像處理相比，在3D中工作確實(shí)需要更多時(shí)間、處理器和軟件，但是在多核處理器、3D算法和軟件工具方面的飛速發(fā)展意味著3D機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)現(xiàn)在已經(jīng)超過(guò)了保持滿足生產(chǎn)線的吞吐量要求。重要的是由于能夠可靠地捕獲額外的三維數(shù)據(jù)，因此3D機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)可以不受2D視覺(jué)系統(tǒng)的不利影響，前面討論的照明，對(duì)比度和到對(duì)象的距離方面不再是問(wèn)題。

由于我們正在使用目標(biāo)物體的高精度三維數(shù)字化模型，因此我們的機(jī)器現(xiàn)在可以處理形狀和位置。他們知道目標(biāo)物體在空間中的精確位置、體積、角度、平坦度和特征，不受生產(chǎn)線環(huán)境條件以及物體是反光或吸光的影響。這極大地簡(jiǎn)化了目標(biāo)對(duì)象和整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。由此功能得到了極大擴(kuò)展，因此3D機(jī)器視覺(jué)已被應(yīng)用到2D視覺(jué)功能不足的眾多任務(wù)中。

包括：厚度、高度和體積測(cè)量、形狀、孔、角度和曲線、檢測(cè)表面或安裝缺陷、針對(duì)3D CAD模型的質(zhì)量控制和檢驗(yàn)、機(jī)器人引導(dǎo)和表面跟蹤(例如，用于焊接，去毛刺等)、自動(dòng)零件抓取、放置、物體掃描和數(shù)字化等。

通過(guò)3D機(jī)器視覺(jué)技術(shù)組合，可以成功解決此類(lèi)復(fù)雜、高精度、實(shí)時(shí)的任務(wù)。3D機(jī)器視覺(jué)技術(shù)提供了二維機(jī)器視覺(jué)無(wú)法提供的高效、經(jīng)濟(jì)的解決方案。不同的3D機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的質(zhì)量和能力仍然有巨大差異，使得選擇合適的工具要比常規(guī)相機(jī)復(fù)雜得多。需要考慮更多要求，包括分辨率，顏色，速度和準(zhǔn)確性。