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CEEC科技Corner | 真正的机器人之眼——AI时代的3D机器视觉技术解读

5月18日,CEEC科技Corner继续开讲,一众科技爱好者齐聚深圳CEEC(中国国际消费电子展示交易中心),一起聆听中科院深圳先进技术研究院宋展博士带来的主题分享——《3D计算机视觉技术发展与应用》。

在人工智能的发展中,机器视觉是十分重要的分支之一。正是在智能制造的浪潮下,生产线对工业设备有了新的要求,对质量检验和生产的需求不断增加。而新一代机器视觉系统能够在短短几秒内处理大量的信息,如此快速的处理能力,为机器视觉在多个领域的应用铺平了道路。 

 

机器视觉是一种基础功能性技术,是机器人自主行动的前提,能够实现计算机系统对于外界环境的观察、识别以及判断等功能。目前,中国的机器视觉行业正处于快速发展阶段,是世界机器视觉发展最活跃的地区之一。数据显示,2018年中国机器视觉市场规模首次超过100亿元,预计2019年市场规模将近125亿元。

 

近年来,出现了许多推动机器视觉行业发展的新技术,这其中“识别功能”已成为机器视觉的核心竞争力。视觉识别功能可以检查物品的存在或不存在、判断是否有装配缺陷,还可用于定位对象,比如机器人定位抓取目标对象,或者对物体进行自动分类。

 

3D机器视觉系统的出现为机器识别带来了惊喜,在大多数情况下,3D视觉系统能够更详细地检测物体对象。无论是在检测应用中进行更高级识别,还是在计量应用中实现更好对象差异化,3D视觉系统都能带来更多先进的功能。

 

宋展博士表示,3D信息的应用已经无处不在,不管是在工业领域、医疗领域,还是在文化领域和电子商务领域,3D重建技术都发挥着越来越重要的作用。特别是在制造业质量控制领域,机器视觉更是至关重要的技术,尤其在汽车制造行业有大量的应用案例,包括汽车零部件尺寸、外观、形状缺陷检测,以及视觉引导定位等。还有,在食品行业包装和装瓶操作中也需要使用机器视觉系统。

 

而在大众消费领域,智能手机早已进入3D成像时代,3D人脸建模和人脸识别已是一部智能手机的标配。可以想象,随着移动终端3D成像技术的发展,未来的智能手机将成为连接真实世界与数字世界的端口。

 

宋展博士还重点分享了3D信息获取的主要技术方法,目前市场上主流的有四种3D视觉技术,立体视觉技术、光学3D扫描技术、激光散斑3D重建技术和TOF三维重建技术。

其中双目立体视觉技术是对人眼双目结构的最直接模拟,也是目前应用较为广泛的3D视觉系统,其技术核心在于特征匹配技术,需要目标有足够的纹理信息,结构简单,且属于被动式,可用于目标的实时精确定位,但在光照较暗或者过度曝光的情况下效果较差。

 

而结构光3D扫描技术则是使用光源投射,从而获得物体三维图像数据,既不需要用很精准的时间延时来测量,又能解决双目中匹配算法的复杂度和鲁棒性问题,具有计算简单、测量精度较高的优势。此外,对于弱光环境、无明显纹理和形状变化的表面,结构光3D扫描技术同样可以进行精密测量,所以越来越多的3D视觉高端应用采用了该技术。

其实,目前每一种3D视觉技术都有各自的优缺点,而随着测量精度要求越来越高,被测物体条件越来越复杂,3D视觉技术也在不断获得突破,越来越多博采众长的3D视觉技术正在被开发出来。

 

最后,宋展博士还分享了先进院机器视觉研究室的相关3D视觉研究,包括动态三维扫描系统、快速3D人脸数据采集系统、虚拟3D整形仿真、快速人体3D数字化系统、激光3D扫描室内重建、超高速高分辨率3D扫描和快速三维指纹掌纹采集系统等。

作为中科院深圳先进院机器视觉研究室执行主任,宋展博士多年来一直专注于计算机视觉三维重建问题的研究,尤其是基于主动结构光投射方法的3D重建,先后提出了多种具有理论创新和实际应用价值的三维重建方法,并发表于计算机视觉和自动化领域的多个权威学术期刊,获得了国际同行的广泛认可。