空間認識能力を持つロボット：3Dイメージングによる産業用3Dマシンビジョンの進化

ステレオビジョンと構造化光

ステレオビジョンは人間の目と同じ原理で動いており、2台の2Dカメラで2つの異なる位置から対象物を撮影し、三角測量の原理を使用して3Dの奥行き情報を算出します。この方法では、きちんとした画像を生成するためにデータを合成する必要があるため、平らな面や暗い場所の撮影には向いていません。しかし、構造化光を使用して画像を鮮明かつ構造がはっきりと見えるようにすることで、この問題を解決できます。

用途
ステレオビジョンは、その大きな特長として、狭い撮影範囲にある対象物を正確に測定できますが、高い精度を確保するには、構造化光を使用して目印やランダムな模様、光の模様を対象物に投影する必要があります。

ステレオビジョンは、一般に、作業場所の座標測定や3D測定を行う際に効果的ですが、処理にかかる負荷が大きく、産業用途で使用するとシステム全体のコストがかさむため、生産現場にはあまり向いていません。

Time-of-Flight（ToF）| 3Dカメラの原理

Time-of-Flight方式は、奥行きデータの取得や距離の測定に非常に効果的な技術で、ToFカメラを通じて1つのピクセルに対して輝度（濃淡）と対象物からカメラまでの距離（奥行き）の2つの値を取得します。

Time-of-Flight方式には、連続光式とパルス式の2つの方法があります。

パルス式Time-of-Flight法では、光パルスの移動時間に基づいて距離を測定するため、非常に高い速度と精度を兼ね備えた機器が必要となります。現在では技術の進歩により、手頃な価格で精度の高い光パルスの生成と正確な測定が行えるようになりました。また、パルス式の場合は、センサー面を効果的に活用可能なピクセルの小さいセンサーを使用するため、連続光式の場合よりも高い解像度で撮影ができます。

内蔵された光源から照射された光パルスは、対象物に当たった後、カメラまで戻ってきます。そして、光が再度センサーに到達するまでの移動時間に基づいて、各ピクセルの距離と奥行きの値が算出されます。算出結果は測定点群の簡単かつリアルタイムな生成に使用され、同時に輝度・信頼性マップが作成されます。

用途
ToF方式は、物流、生産現場における計量やパレットの積み降ろし作業、自動運転車に適しているだけでなく、医療における患者の位置調整やモニタリング、ファクトリーオートメーションにおけるロボットの制御やビンピッキングの作業にも使用できます。