Amélioration de la precision d un système 3D à base de triangulation laser

Transcription

1 Amélioration de la precision d un système 3D à base de triangulation laser

2 Le principe de la triangulation laser Géométrie de triangulation Exemple Z Y X Image de l objet Image senseur de la ligne

3 3D Triangulation Laser Exemple d une camera 3D AT Acquisition d image à l aide d un senseur CMOS à haute vitesse Traitement d image intégré par technologie FPGA Sortie des données de profile 3D par interface GigE-Vision ADVANTAGE Fréquence de profile jusqu à Hz!

4 Acquisition d un scan 3D Scan 3D Direction du Scan Mouvement de l objet - Stage linéaire - Convoyeur à corroie - Plaque tournante

5 Algorithmes communs de détection de ligne Réflexion de la lumière laser à la surface de l objet résulte en une distribution de l intensité en forme Gauss dans le senseur Distribution de l intensité le long de la colonne du senseur MAX TRSH COG Position de l intensité maximale Centre de deux positions de seuil (threshold) Position de centre de gravité

6 Paramètres affectant la précision du scan 3D: Résolution d image Résolution dépends de l échelle d image et de l angle de triangulation Résolution latérale : dx = FOV / pixels par ligne Résolution hauteur : dz = dx/sin(α) Résolution hauteur de COG avec 6 bit de sous-pixels (factor 2 6 =64): dz_cog = dz/64 Exemple avec camera AT C GigE et α=30 FoV: 50 mm dx = 24 µm dz = 48 µm dz_cog = 0.75 µm (6 bit de sous-pixels)

7 Paramètres affectant la précision du scan 3D: Bruit à cause du phénomène de Speckles du laser Speckles du laser Les ondes de la lumière laser reflétés par différentes parties de la surface percutent le senseur avec différentes phases, qui sont due à des trajectoires optiques de distances variantes. Les interférences de ces ondes sur le senseur causent des variations de l intensité de l image de la ligne laser. Réflexions de la lumière laser percutantes le senseur à differentes phases

8 Paramètres affectant la précision du scan 3D: Bruit à cause du phénomène de Speckles du laser Image typique d une ligne laser de 660 nm Variations d intensité a cause du Speckles Position de l intensité maximal par colonne d image Distribution distordu de l intensité le long d une colonne due aux Speckles

9 Paramètres affectant la précision du scan 3D: Bruit à cause du phénomène de Speckles du laser Exemple d un profil de hauteur détecté par algorithme COG (laser 660 nm) Déviation standard de bruit: ca. 14 µm 3D Setup: AT C GigE 2048 Pixels/Profile, FoV=50 mm, α=30, dx=24 µm, dz_cog=0.75 µm

10 Amélioration de la précision du scan 3D avec le filtre «Finite Impulse Response» (FIR) FIR-Filter (Savitzky-Golay) Sélection de 5, 7 ou 9 coefficients Données lissées d intensité Données brutes d intensité Filtre de lissage Moyenne numérique Moyenne Gauss COG

11 Amélioration de la précision du scan 3D avec le filtre «Finite Impulse Response» (FIR) Distribution d intensité le long d une colonne du senseur après l application du filtre FIR en mode de lissage Déviation standard de bruit: ca. 14 µm Amélioration de 20 % Exemple d un profil de hauteur détecté par algorithme COG avec filtre FIR (laser 660 nm) 3D Setup: AT C GigE 2048 Pixels/Profile, FoV=50 mm, α=30, dx=24 µm, dz_cog=0.75 µm

12 Amélioration de la précision du scan 3D avec l algorithme FIR-PEAK FIR-Filter (Savitzky-Golay) FIR-PEAK Sélection de 5, 7 ou 9 coefficients Filtre de différenciation Données brutes d intensité Détection du Zero Crossing donne la position maximum de la courbe Gauss à une résolution de 6 bit de sous-pixels (1/64 pixel)

13 Amélioration de la précision du scan 3D avec l algorithme FIR-PEAK Comparaison entre COG avec lissage par filtre FIR et l algorithme FIR-PEAK Déviation standard des valeurs de hauteur dans un profil (µm) Matériel de surface COG avec FIR FIR-PEAK Aluminium anodisé Aluminium usiné 10 9 Acier galvanisé 9 9 Plastique blanc 8 10 Plastique noire Les deux algorithmes donnent presque la même précision. L algorithme COG avec filtre FIR fonctione mieux avec des lignes «épaisses». Le FIR-PEAK donne plus de précision en applications avec des lignes «fines». 3D Setup: AT C GigE 2048 Pixels/Profile, FoV=50 mm, α=30, dx=24 µm, dz_cog=0.75 µm

14 Amélioration de la précision du scan 3D avec laser de longueur d ondes réduite Image d une ligne laser de 660 nm L effet «Speckles» dépends de la longeur d onde du laser. Image d une ligne laser de 450 nm Une longeur d onde plus courte présente moins de Speckles et reduits le bruit.

15 Amélioration de la précision du scan 3D avec laser de longueur d ondes réduite Profile de hauteur de surface en plastique blanc enregistré par algorithme COG avec filtre de lissage FIR Laser 660 nm Déviation standard de bruit: ca. 6 µm Laser 405 nm Déviation standard de bruit: ca. 4 µm Amélioration de 30 % 3D Setup: AT C GigE 2048 Pixels/Profile, FoV=50 mm, α=30, dx=24 µm, dz_cog=0.75 µm

16 Amélioration de la precision d un système 3D à base de triangulation laser Summary La résolution du scan 3D d un système de triangulation laser dépends de: la résolution/échelle d image l effet «Speckles» du laser La précision peut être améliorée par des: algorithmes sophistiqué comme le filtre de lissage «Finite Impulse Response» (FIR) et la méthode de détection FIR-PEAK lasers avec longueur d ondes courte, par ex. 405 nm

17 Merci bien pour votre attention! Thank you for your attention! Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Efcharisto!