在介绍3D传感技术的基础知识时，我们阐述了使机器能够感知深度的核心概念和技术。在本篇后续文章中，我们将深入探讨3D传感的一个具体应用——机器人视觉，并了解照明解决方案如何推动该领域的进步。
机器的崛起
家用机器人已不再是未来主义的概念。扫地机器人、地板拖把、窗户清洁机器人、割草机等设备，如今已成为日常生活中的便利之选。随着时间的推移，这些设备变得越来越智能和精巧。例如，早期的扫地机器人往往会随机移动，而现代机型则利用先进的传感器对房间进行建图。通过避开障碍物并系统地覆盖每个区域，它们能够更高效地完成清洁工作。
如今，得益于人工智能（AI）和机器学习的飞速发展，新一代功能更强大的机器人应运而生。这些机器人不再局限于执行简单任务，而是开始承担诸如叠衣服、准备餐食、布置晚餐餐桌等复杂的工作。推动这一进化的关键技术之一，便是3D视觉技术的改进。
机器人视觉：新能力的钥匙
为了提升机器人的技能和通用性，更先进的视觉系统必不可少。借助视觉传感器，机器人能够穿梭于复杂的环境中，识别并操作物体，并与人类安全地互动。例如，协助厨房工作的机器人必须具备深度感知能力，才能避开碰撞、准确识别物品，并在三维空间中像人类一样进行操作。正如人类依赖立体视觉来理解世界一样，机器人也需要这种能力才能有效地执行任务。
3D视觉至关重要。这是因为机器人需要在三维空间中进行操作，例如在室内导航、拾取物体，以及与人类或宠物互动。如果缺乏感知环境深度的能力，其用途将仅限于非常基础的交互。
3D机器视觉的方法
在机器人学中，有多种方法可以实现3D视觉。立体视觉就是其中一种方法，它利用两台摄像头来模拟人类的深度感知能力。然而，立体视觉系统计算量很大，而且通常会受到被观察物体光照条件和纹理的限制。
因此，许多机器人视觉系统都依赖于结构化光或飞行时间（ToF）传感等更高效的技术。这些方法通常都利用红外光谱的主动照明，以获取更可靠且受环境限制较少的深度信息。关于这些技术的详细讨论，请参阅我们的博客文章《An In-D-D Look at 3D Sensing》。
简而言之，结构化光的工作原理是将图案（如网格或点阵）投射到场景中，并测量这些图案在接触表面时发生的变化。它非常适合短距离、高精度的精密作业，例如识别微小物体或捕捉细微细节。相比之下，通过测量光线从表面反射回来的时间来工作的ToF技术则用途更广。虽然它可能无法提供与结构光同等程度的细节，但由于既能在短距离也能在长距离下工作，因此特别适合机器人视觉应用。
前往F 照明选项
ToF系统通常采用两种照明方式：泛光照明和点阵投影。泛光照明可提供高密度且均匀的点云数据，用于捕捉整个场景。然而，其信噪比较低，且容易受到多路径效应的影响——即光线在到达传感器之前会从多个表面多次反射。这可能会限制其在长距离下的测量精度。
一方面，点阵投影仪虽然生成的点云数据更为稀疏，但通过减少多路径干涉的影响，能够提供更优的信噪比和更高的精度。此外，点阵投影仪通常具有更广的覆盖范围，在导航较大空间或复杂环境时效果显著。
机器人的应用范围非常广泛。根据具体用途，机器人开发者可以选择使用泛光照明或点阵投影仪，有时也可以将两者结合使用。例如，可以使用泛光照明来感知宽阔的视野，并在需要大范围感知时，通过点阵投影仪来补充这一功能。
此外，由于自主机器人在两次充电之间需要长时间运行，因此功耗问题在许多情况下也值得关注。在这种情况下，由于点阵投影仪通常功耗较低，因此有时比泛光照明更受青睐。
Coherent照明解决方案
每种机器人应用都面临着独特的挑战，例如需要在不同亮度的环境光下、不同的视野角以及广泛的距离范围内有效运行。因此，Coherent 提供了种类繁多的商用照明模块，专为机器人视觉应用量身打造。这些产品包括泛光照明和点阵投影仪，均旨在实现无缝集成和最佳性能。
本公司的泛光灯提供4.5 W至11 W的多种功率级别，并提供60° x 45°至140° x 110°的多种光束角度选项。该产品具有高能效，即使在电池供电设备中也能提供可靠的性能。
本公司的点阵投影仪提供多种配置，从67°×53°、1,100点到130°×110°、3,000点不等，同样具有高度的通用性，可广泛应用。该产品具备小光斑尺寸、高对比度及出色的眼部安全性，适用于各种机器人应用场景。
本公司所有照明模块（包括泛光照明装置和点阵投影仪）均采用表面贴装技术（SMT）封装。这种紧凑的外形设计便于集成，并与主要ToF传感器制造商的参考设计完全兼容。
总结
借助Coherent的现成 SMT 泛光和点阵投影模块，为机器人视觉系统的飞行时间（ToF）相机设计定制化照明方案变得前所未有的简单。无论您是在开发新一代家用机器人，还是致力于智能家居自动化、安防或移动设备的高级应用，我们的解决方案都能为您提供成功所需的灵活性和性能。
