Quelle est la différence entre la technologie temps-de-vol, la stéréovision et la lumière structurée ?

Comment fonctionne la technologie temps-de-vol (ToF) ?

Les caméras temps-de-vol fonctionnent selon le principe de la mesure de distance active. La caméra émet un faisceau lumineux et mesure le temps que met la lumière (généralement émise par un laser) pour atteindre l'objet et revenir vers le capteur. À partir de ces informations, il est possible de calculer la distance par rapport à l'objet.

On distingue généralement la mesure du temps-de-vol directe de la mesure du temps-de-vol indirecte. La mesure du temps-de-vol directe permet de déterminer le temps réel que met la lumière pour effectuer un aller-retour. Cependant, les caméras industrielles ToF reposent souvent sur ce que l'on appelle le temps-de-vol indirect (iToF). Dans ce cas, la distance est calculée à partir du déphasage entre le signal lumineux émis et le signal reçu.

Un avantage essentiel des systèmes ToF réside dans le fait que les informations de profondeur peuvent être acquises simultanément pour chaque pixel. La technologie iToF permet d'obtenir des images haute résolution avec des fréquences d'images très élevées. Par conséquent, les caméras ToF sont particulièrement adaptées aux processus rapides et aux objets en mouvement.

Points forts de la technologie temps-de-vol

• Acquisition 3D rapide en temps réel
• Informations de profondeur pour tous les pixels d’une image acquise.
• Convient aux objets en mouvement
• Intégration système relativement simple
• Mesure de distance fiable sur de grandes zones de travail
• Solution économique pour de nombreuses applications industrielles 3D

Limites de la technologie temps-de-vol

• Précision généralement inférieure à celle des systèmes à haute résolution de stéréovision ou de lumière structurée
• Les effets de trajets multiples peuvent influencer les résultats de mesure
• Les surfaces réfléchissantes peuvent entraver la qualité de la mesure
• Dépendance à un éclairage actif
• La plage de mesure est limitée par les performances du capteur et du système d’éclairage.

Comment fonctionne la stéréovision ?

La stéréovision s'inspire de la vision humaine et utilise au moins deux caméras qui capturent la même scène sous des angles différents. La profondeur est calculée par triangulation à partir des différences observées entre les images. La distance d'un objet est alors déterminée à partir des relations géométriques entre les positions des caméras.

Dans le cas de la stéréovision passive, la détermination de la profondeur s'effectue exclusivement à partir des caractéristiques de l'image. Cette méthode fonctionne particulièrement bien lorsque la surface d'un objet présente suffisamment de relief ou de texture.

Les systèmes de stéréovision active sont souvent utilisés pour les surfaces peu texturées, unicolores ou réfléchissantes. Un projecteur projette un motif de points aléatoire ou prédéfini sur la scène, ce qui permet de réaliser un calcul fiable de la profondeur même dans des conditions difficiles.

La stéréovision active fait ainsi le lien entre la stéréovision classique et la lumière structurée. Les caméras 3D industrielles modernes combinent les avantages de la triangulation avec une projection de texture ciblée.

Points forts de la stéréovision

• Grande précision de mesure, robustesse
• Nuages de points détaillés
• Adaptation flexible à différentes plages de mesure
• Très bien adaptée aux applications de dévracage
• La fonction de stéréo active fonctionne également avec des objets peu texturés (lisses ou unicolores)

Limites de la stéréovision

• Calibrage plus complexe que pour les systèmes ToF
• Charge de calcul plus importante
• La stéréovision passive requiert des surfaces suffisamment texturées
• Les zones masquées peuvent entraîner des lacunes dans les données
• Les objets en mouvement peuvent influencer la qualité de la mesure
• Plus sensible à la lumière ambiante

Comment fonctionne la lumière structurée ?

Les systèmes à lumière structurée projettent des motifs lumineux définis sur un objet. Les motifs les plus courants sont des bandes, des lignes ou des structures en grille. Une caméra enregistre ensuite la déformation de ces motifs sur la surface de l’objet.

La forme et la position du motif projeté étant connues, la géométrie de l'objet peut être calculée avec une grande précision. La lumière structurée repose également sur le principe de la triangulation, mais utilise en plus la projection active d’un motif connu.

Grâce à la projection contrôlée, il est possible de générer des reconstructions de surface très détaillées. C'est pourquoi la lumière structurée est fréquemment utilisé pour des tâches de mesure et d'inspection.

Points forts de la lumière structurée

• Très grande précision de mesure
• Reconstruction détaillée des surfaces
• Haute résolution des données 3D
• Adapté aux tâches de mesure et d'inspection
• Très bons résultats pour les objets de petite à moyenne taille

Limites de la lumière structurée

• Sensible à une forte luminosité ambiante
• Les objets en mouvement compliquent la mesure
• Portée généralement limitée
• Projecteur supplémentaire requis
• Complexité accrue du système

Quelle technologie 3D choisir ?

Lorsqu'il est nécessaire d'effectuer une mesure rapide de la profondeur en temps réel et de détecter de manière fiable des objets en mouvement, la technologie temps-de-vol est souvent le premier choix. Ce procédé fournit des données de profondeur à partir d'une seule image, est souvent relativement peu coûteux à mettre en œuvre et convient particulièrement aux applications dans les domaines de la robotique, de la logistique et de l'automatisation.

Si des nuages de points haute résolution et des données 3D précises sont nécessaires, la stéréovision offre souvent le meilleur compromis entre précision et flexibilité. Les systèmes de stéréovision active permettent également la détection fiable d’objets présentant peu de texture en surface et se sont imposés notamment dans les applications dévracage.

Lorsqu’une précision de mesure maximale ainsi qu’une reconstruction particulièrement détaillée des surfaces sont requises, la lumière structurée est souvent privilégiée. Ce procédé est particulièrement adapté aux tâches de mesure, de contrôle et d'inspection.

Le choix de la technologie 3D appropriée dépend des exigences de l'application concernée. Des facteurs tels que précision, vitesse, portée et conditions environnementales sont déterminants.

Quels sont les produits IDS qui prennent en charge ces procédés ?

IDS propose à la fois des caméras 3D basées sur le temps-de-vol et des systèmes de stéréovision active, offrant ainsi des solutions adaptées à un large éventail d'applications 3D industrielles.

Comment IDS prend en charge les applications de lumière structurée ?

De nombreuses applications, traditionnellement réalisées avec des systèmes à lumière structurée, peuvent aujourd'hui également être mises en œuvre avec la stéréovision active. Grâce à la combinaison de la triangulation et de la projection de texture, les systèmes Ensenso couvrent de nombreux domaines d'application tels que le dévracage, la robotique ou l'inspection 3D industrielle.
Pour toute question concernant le choix de la technologie 3D la mieux appropriée ou la mise en œuvre d'applications concrètes, notre équipe se tient à votre disposition pour vous accompagner.