一、引言
在工业4.0以及中国制造2025利用信息化技术促进产业变革的背景下，机器人行业正处于高速发展期，越来越多的机器人投入到工业生产以及生活中，催化了生产线柔性化部署，使得制造生产所要求的自动化程度越来越高，因此传统的仅凭人眼所获得的信息感知以及通过编程来执行单一动作轨迹的机器人已经难以满足如今自动化的需求，这使得三维机器视觉应用被打开。3D机器视觉技术作为人工智能发展的重要研究方向之一，是机器人的“眼睛”，相较于二维视觉，三维成像传感器对环境光的变化不敏感，精度和可靠性更高，可以更好地进行多传感器融合，检测快速移动目标并获得形状、对比度、空间坐标信息等深度信息。因此，三维成像传感器可以满足更多工业场景应用，对传统的机器人作业起到补充作用，如今，在人眼范围内检测不可预测的三维场景的3D视觉技术已经成为当今的热门技术发展方向。目前，市场上3D机器视觉系统的实现关键技术有立体视觉法、线激光三维成像法以及结构光三维成像法。其中，线激光三维扫描技术作为三维机器视觉的核心技术，凭借其非接触、精度高、适用范围广的优点，实现快速建立结构复杂且不规则的场景的三维可视化模型，成为以工业为主的各种领域中的最广泛的使用技术。三维激光扫描技术是现代发展的一项高新技术，光学三维测量法是目前主要的测量方法，如散斑线结构光、光栅、激光扫描。线激光扫描相对来说硬件结构简单，对环境（如光环境）依赖少，最适合用于结构复杂的三维物体扫描，目前绝大部分的的检测项目均使用基于线激光扫描技术3D机器视觉设备。利用三维线激光扫描技术获取的空间点云数据，能迅速获得物体的三维坐标，快速建立结构复杂、不规则的场景的三维可视化模型。与传统测量方法相比，三维线激光扫描技术，实现了对三维实体的数字化，从而在计算机内，完成三维实体的坐标重建。然而，现有的大多数线激光三维扫描仪在扫描物体时容易必须依靠被测物体和测量设备间的固定距离，导致测量十分不便，同时测量仪本体重量、体积较大，不便携带，操作复杂较为复杂繁琐，因此基于机器视觉的线激光三维扫描技术及扫描方法可以解决目前线激光三维扫描仪存在的问题。相机和激光器安置在移动平台一侧，目标物体放置在移动平台上并随移动平台一起运动，激光器投射线激光到目标物体表面，受目标物体表面高度的调制发生形变，相机采集形变的线激光条纹，在实现系统标定后，经过计算机处理形变线激光条纹得到目标物体表面的三维点云数据。利用激光测距的原理，通过记录被测物体表面大量的密集的点的三维坐标、反射率和纹理等信息，可快速复建出被测目标的三维模型及线、面、体等各种图件数据。
三、国内外研究线激光三维扫描技术的3D机器视觉企业随着线激光三维扫描技术的发展，目前越来越多的工业检测与测量场景已经开始广泛采用基于线激光三维扫描技术的3D机器视觉设备，目前市面上研究基于线激光三维扫描技术的3D机器视觉的企业有如加拿大LMI Technologies、日本基恩士、中国深视智能等企业。LMI Technologies自1998年以来，一直致力于研究先进的3D智能传感器，其基于线激光三维扫描技术的3D机器视觉设备基于激光三角测量原理。激光三角测量传感器将激光产生的光束投射到被测物体的表面上，对物体表面上的激光光斑进行成像。处理器确定成像激光在相机上的位置，并计算从传感器到物体表面的距离。三角测量传感器的激光有效地产生小而强烈和精确聚焦的光束，减少相机曝光时间，从而有效地消除由于物体运动模糊引起的误差。
图 LMI Technologies 基于线激光三维扫描技术的3D机器视觉设备
日本基恩士成立于1974年，产品覆盖面广泛，其基于线激光三维扫描技术的3D机器视觉设备使用三角反射法原理技术。机器设备向目标物表面照射带状激光，通过使用CMOS接收其反射光的变化，可以非接触方式测量高度、高度差、宽度等轮廓（截面形状）。通过对连续获取的轮廓数据进行图像处理获得目标物的3D形状，实现高精度测量及检测。
图 基恩士基于线激光三维扫描技术的3D机器视觉设备深视智能成立于2014年，公司总部位于深圳市南山区，是一家专注于工业传感器研发生产的高科技企业。深视智能深耕八年，以3D工业传感器为切入点，推出了线激光、点激光、点光谱、纠偏，以及高速相机等，多条产品线共计数十个产品系列均已量产，并成功打破国外垄断，成为国产品牌的领导者。此外，以线激光三维扫描技术为代表的SR9000系列产品，拥有行业领先的6400点的超高分辨率，Z轴重复性精度高达到0.1μm，可同时精确测量低反射率的黑色物体和高反射率的金属物体，成为引领行业发展的新标杆。
深视智能线激光三维扫描技术测量原理有分体式3D测量以及遵循沙姆定律原理的SR系列3D测量原理。
线激光三维扫描技术的3D机器视觉设备由于其非接触、精度高、适用范围广、快速建立三维可视化模型的优点，成为以工业为主的各种领域中的最广泛的使用设备，从目前基于线激光三维扫描原理的3D机器视觉企业来看，国外的扫描技术仍然处于领先地位，然而，近年来诸如深视智能等中国企业在技术上的研发能力开始奋起直追，性能参数处于领先地位，未来3D机器视觉市场由谁领导，尚未可知，我们拭目以待。