“陰影恢復(fù)形狀”（Shape-from-Shading）3D技術(shù)可用于幾乎任何行業(yè)的自動化質(zhì)量控制。通過分析光強的分散程度，該技術(shù)甚至能識別物體表面最微小的不規(guī)則缺陷，例如裂紋或劃痕等等。堡盟高性能工業(yè)相機內(nèi)置光源控制器，是用于簡化系統(tǒng)設(shè)計和快速實施檢測任務(wù)的重要工具。
3D技術(shù)在自動化領(lǐng)域無處不在，目前被廣泛用于質(zhì)量保證、物流和測量等諸多應(yīng)用。不同應(yīng)用所使用的3D技術(shù)也不盡相同。例如，立體成像法要求使用兩臺相機，并且僅適用于靜止物體，因此其應(yīng)用速度較慢；三角測量技術(shù)或投影法的原理是基于運動——投射的測量點在物體表面移動，或者物體在測量點下方移動；飛行時間法只需采用一臺相機，且同時適用于靜止和運動的物體；“陰影恢復(fù)形狀”3D技術(shù)通過不同方向的光源照射物體來測量傾角和曲率，無論靜止還是運動的物體，都非常適合。橫向分辨率（x,y方向）取決于所使用的相機，因此該值可能會很高。這種分辨率組合使用靈活、廣泛。
原理與日晷相反
從概念上講，陰影恢復(fù)形狀技術(shù)的原理非常簡單，可將其視作反向的日晷。日晷的原理是根據(jù)高度一定的晷針投下的陰影長度確定太陽的高度和方向，并以此測定時間——高科技日晷甚至能測量全天的時間。作為一種3D技術(shù)，陰影恢復(fù)形狀技術(shù)通過在特定方位的光源投下的陰影的長度來測量高度。若要獲取表面梯度的完整信息，至少需要三個（通常為四個）不同方向的光源。梯度用于確定高度值z(x,y)。在大多數(shù)應(yīng)用中，相機按順序觸發(fā)光源，同時采集圖像序列，隨后用軟件進行分析。由于曝光時間極短，在測量運動物體時可最大限度降低圖像的模糊程度。此外，光照方向也可用顏色進行編碼，同時一臺三芯片相機只需一次拍攝就能采集一組圖像。陰影恢復(fù)形狀技術(shù)不建議用于彩色相機，因為Bayer濾光片會帶來很大的色彩串?dāng)_。
圖1：在陰影恢復(fù)形狀應(yīng)用中，被測物體依次接受四個不同方向的光源照射，每次照射采集一張灰度圖像。通過對采集到的表面陰影圖像進行分析，便能得到物體表面的質(zhì)量信息。
圖片：堡盟
快速識別不規(guī)則幾何缺陷
近年來，陰影恢復(fù)形狀技術(shù)尤其受到在線表面檢測和分揀應(yīng)用的青睞。其中一個原因是，通過分析從每個光照方向采集到的灰度圖像，可消除表面反射率差異帶來的影響。因此，陰影恢復(fù)形狀技術(shù)能夠簡單快速地將不規(guī)則幾何缺陷與因顏色、反光或紋理造成的不規(guī)則缺陷區(qū)分開，而其它區(qū)分方法要復(fù)雜得多。陰影恢復(fù)形狀技術(shù)被廣泛用于包裝行業(yè)，例如：在印有盲文（即凸字）的包裝盒上，利用該技術(shù)可檢測盲文印刷是否正確和準(zhǔn)確。
圖2：即便是反光、光亮或彩色物體，也能可靠地檢測表面結(jié)構(gòu)和形狀中最微小的不規(guī)則缺陷。
圖片：堡盟
陰影恢復(fù)形狀竟如此簡單
理想情況下，相機會按順序觸發(fā)光源的四個分區(qū)，每次觸發(fā)采集一張灰度圖像，然后將圖像傳輸至分析單元。堡盟CX系列的CX.I相機目前搭配四個可單獨觸發(fā)的電源輸出。相機內(nèi)置兼容GenICam的定序器，電源輸出最高48V/2.5A，因此直接通過相機便能觸發(fā)光源裝置和圖像采集，無需使用外部光源控制器，也無需額外布線，從而降低成本。不過，高動態(tài)檢測應(yīng)用不僅要求相機具備高幀率，同時還要保證極短的曝光時間。堡盟CX.I相機在Burst模式下能夠以極高的幀率采集圖像，并根據(jù)可用帶寬以較低的幀率傳輸至分析單元。相機內(nèi)置索尼傳感器，可提供高動態(tài)范圍圖像，即便對于光亮金屬表面也能確保穩(wěn)定的圖像分析。此外，該系列相機曝光時間低至1 μs，可大幅降低圖像的模糊程度，從而實現(xiàn)高速檢測。
圖3：堡盟CX.I相機配有4路帶脈寬調(diào)制功能的光耦輸出，輸出功率高達120W（最大48V / 2.5A），因此可直接控制外部光源裝置。
圖片：堡盟
節(jié)約成本和時間
堡盟CX.I相機的功能強大，相機內(nèi)置光源控制器，帶四個可單獨觸發(fā)的電源輸出，可減少陰影恢復(fù)形狀應(yīng)用所需元件的數(shù)量，從而節(jié)省材料和集成成本。此外，該系列相機還能簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、提高檢測可靠性并加快設(shè)置速度。
圖4：定序器時序圖舉例：直接通過相機（如VCXG-13M.I）觸發(fā)四分區(qū)光源裝置（Output 1-4），無需采用外部光源控制器。
