3D 視覺是什麼？
圖片來源：Cognex Corporation
3D 視覺（3D Machine Vision） 是工業機器視覺的分支，以三維資訊（高度、體積、輪廓、共面性）取代傳統 2D 平面影像。當待測物的關鍵特徵屬於立體幾何（凹凸、傾斜、堆疊）、或表面為高反光金屬 / 玻璃時，純 2D 視覺難以穩定處理，必須依賴 3D 視覺。
簡單對比：
| 維度 | 2D 視覺 | 3D 視覺 |
|---|---|---|
| 取得資訊 | 平面 XY 位置、灰階 | 立體 XYZ、高度差 |
| 反光敏感度 | 高（鏡面金屬難判讀） | 低（用高度資訊判讀） |
| 算法核心 | PatMax、Blob、Edge | 點雲（Point Cloud）、深度圖（Depth Map） |
| 典型應用 | 條碼、外觀瑕疵、OCR | 體積量測、焊縫、機械手 Bin Picking |
三大 3D 視覺原理
1. 雷射三角法（Laser Triangulation）
線雷射投射在工件表面，與相機形成固定角度三角關係。雷射線隨工件高度變化而偏移，相機擷取偏移量計算高度。代表產品：Cognex In-Sight L38、Cognex DSMax。
優勢：精度高（毫米級到 µm 級）、抗環境光干擾
適用：焊縫深度、密封膠連續性、輸送帶上連續掃描
2. 結構光（Structured Light）
投射編碼圖案（如格紋、條紋）到工件，依圖案變形反推高度。Cognex 兩款代表機型：
- Cognex 3D-A1000：採用專利 3D Symbolic Light 結構光，instant in-motion snapshot，物流大型箱 dimensioning（cuboidal / irregular 物件、< 5 mm 精度）
- Cognex 3D-A5000：採用 3D LightBurst 結構光，area-scan 精密量測（1.5M+ 點雲，assembly verification / in-line measurement / robotic guidance）
優勢：snapshot 一次擷取整個視野、整合難度低
適用：物流體積量測 DWS、棧板物件偵測（A1000）、醫療精密件、組裝驗證、機械手導引（A5000）
3. 立體視覺（Stereo Vision）
雙相機從不同角度拍攝同一物體，依視差計算深度（類似人眼）。較少出現在工業檢測，多用於機器人視覺。
工業 3D 視覺的典型應用
圖片來源：Cognex Corporation
- 物流體積量測（DWS）：包裹尺寸 / 體積自動量測，搭配條碼讀取做運費計算
- 棧板物件偵測：辨識棧板上工件堆疊狀態，回傳給機械手取料
- Bin Picking：機械手臂從散亂工件中夾取，需要 3D 位姿資訊
- 焊縫共面性：汽車車身、電池盒焊縫深度與連續性檢測
- 密封膠連續性：電子產品 / 醫療器材的密封膠是否中斷或厚度不均
- 共面性 / 平整度：PCB 元件焊腳、半導體晶片平整度
- 醫療精密件量測：µm 級精度的零件尺寸 / 形貌量測
Cognex 3D 視覺產品線
| 產品 | 原理 | 視野 | 精度 | 主要應用 |
|---|---|---|---|---|
| 3D-A1000 | Symbolic Light 結構光 | 大（依機型，物流大箱適用） | < 5 mm | 物流 DWS、棧板、Bin Picking 大件 |
| 3D-A5000 | LightBurst 結構光 | 中（依機型，請參照 datasheet） | µm 級 | 組裝驗證、in-line measurement、精密 robotic guidance |
| In-Sight L38 | 線雷射 + 2D | 中-大 | 毫米級 | 焊縫、密封膠、共面性 |
| DSMax | 高解析雷射 | 自訂 | µm 級 | 高速 3D 連續掃描 |
| 3D-L4000 VisionPro | 整合平台 | 視鏡頭 | 視鏡頭 | 客製化高階 3D |
實際選型依產線速度、精度、視野與整合複雜度評估，建議交由 VSK 工程師依樣品實測。
與 2D 視覺整合
許多應用同時需要 2D 與 3D — 例如 In-Sight L38 內建 2D 相機 + 線雷射，可一次完成「外觀字元讀取 + 高度量測」雙任務。Cognex 3D-A 系列亦可與 2D In-Sight 並聯，2D 處理快速分類，3D 進一步量測尺寸。
3D 視覺工程師常見問題
Q3：3D 視覺與 2D 視覺如何選？
2D 視覺適合:條碼讀取、OCR、外觀瑕疵、平面定位、Pattern Matching。3D 視覺適合:體積量測、Bin Picking、缺料檢測、3D 瑕疵（凹陷凸起）、機械手臂 6DOF 引導〔來源:Cognex 機器視覺官方資源、Wikipedia 3D Vision 相關條目〕。Hybrid 部署（2D 初步定位 + 3D 精密量測）為工業常見組合。具體選擇依應用而定、請與 VSK 工程師討論。
Q4：3D 視覺主要技術原理有哪些？
主要技術原理:雷射三角法（Laser Triangulation）、結構光（Structured Light）、立體視覺（Stereo Vision）、飛時測距（Time of Flight）、攝影測量法（Photogrammetry）〔來源:Wikipedia 相關技術條目〕。各技術具體精度、速度、適用範圍依設備而異、請參考各設備官方 datasheet。
Q5：Cognex 提供哪些 3D 視覺產品？
Cognex 3D 視覺產品包括:In-Sight L38 / L68（雷射三角法智慧相機）、3D-A1000（結構光）、3D-A5000（3D 多模態）、In-Sight 3D-L4000（線掃描雷射三角法）、DSMax（位移感測器）〔來源:Cognex 各機型 datasheet〕。Cognex 原廠 3D 視覺機型完整規格依機型而異 — 請洽 VSK 工程師討論機型選擇與應用評估。
Q6：Bin Picking 散裝取物的技術需求？
Bin Picking 需要 3D 視覺重建料箱內零件的位置與方向（6DOF）、輸出機器人 Pick 位置〔來源:Cognex 3D-A1000 應用案例、工業視覺技術文獻〕。Cognex 3D-A1000 等結構光 3D 系統為 Bin Picking 常見方案。實際成功率與整合方案依零件特性、料箱配置、機器人型號而異、請與 VSK 工程師討論具體應用情境。
Q7：3D 視覺有國際標準可以參考嗎？
3D 視覺相關公開標準包括:VDI/VDE 2634（德國工程師協會 3D 量測系統規範）、ISO 10360-8（座標量測機光學距離感測器驗證）、SEMI E145（半導體晶圓對位）〔來源:VDI/VDE、ISO、SEMI 官方〕。各標準詳細條款請參考官方標準文件。
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3D 視覺技術原理（公開技術分類）
工業 3D 視覺主要技術原理:
- Laser Triangulation（雷射三角法） — 雷射線投射 + 相機觀測角度計算距離〔來源:Wikipedia "Laser triangulation" / "Structured light"〕
- Structured Light（結構光） — 已知圖案投影 + 相機觀測變形重建 3D 表面〔來源:Wikipedia "Structured-light 3D scanner"〕
- Stereo Vision（立體視覺） — 雙目或多目相機從不同視角重建深度〔來源:Wikipedia "Stereoscopy" / "Computer stereo vision"〕
- Time of Flight（飛時測距, ToF） — 量測光脈衝往返時間計算距離〔來源:Wikipedia "Time-of-flight camera"〕
- Photogrammetry（攝影測量法） — 從多張 2D 影像重建 3D〔來源:Wikipedia "Photogrammetry"〕
各技術具體精度、速度、適用範圍依設備而異、請參考各設備官方 datasheet。
Cognex 3D 視覺產品線（官方文件來源）
- Cognex In-Sight L38 / L68 — 雷射三角法智慧相機（2D + 3D Hybrid）〔來源:Cognex In-Sight L38 / L68 datasheet〕
- Cognex 3D-A1000 — 結構光 3D 系統〔來源:Cognex 3D-A1000 datasheet〕
- Cognex 3D-A5000 — 3D 多模態系統〔來源:Cognex 3D-A5000 datasheet〕
- Cognex In-Sight 3D-L4000 — 線掃描 3D 雷射三角法〔來源:Cognex 3D-L4000 datasheet〕
- Cognex DSMax — 位移感測器（雷射三角法、高精度量測）〔來源:Cognex DSMax datasheet〕
各機型詳細規格（精度、視野、速度、適用工件等）、請參考 Cognex 官方 datasheet。Cognex 3D 視覺產品線完整資訊:cognex.com/products/machine-vision/3d-machine-vision-systems。
3D 視覺常見應用類別
工業 3D 視覺常見應用類別（公開應用案例分類）:
- 高度 / 厚度 / 平整度量測 — 汽車零件、半導體封裝、PCB 表面
- 體積量測 — 物流貨物、棧板、農產品分級
- Bin Picking（散裝取物） — 機器人從料箱抓取零件、需 3D 位置與方向
- 裝配對位 — 機器人引導裝配、需 6DOF（XYZ + RxRyRz）位置
- 表面瑕疵檢測 — 凹陷、凸起、缺角等 3D 形狀瑕疵
- 反光 / 鏡面物件檢測 — 結構光對反光面較 2D 視覺有利
各應用具體精度需求、整合方案、設備選擇、請與 VSK 工程師討論您的應用情境。
3D 視覺相關公開標準
- VDI/VDE 2634 — Optical 3D measuring systems（德國工程師協會、3D 量測系統規範）〔來源:VDI/VDE 官方〕
- ISO 10360-8 — Geometrical product specifications (GPS) — Acceptance and reverification tests for coordinate measuring systems (CMS) — Part 8: CMMs with optical distance sensors〔來源:ISO 官方〕
- SEMI E145 — Specification for substrate aligner devices（半導體晶圓對位）〔來源:SEMI 官方〕
各標準詳細條款與適用範圍、請參考 ISO（iso.org）、VDI/VDE、SEMI（semi.org）官方標準文件。
3D 視覺技術分類（公開技術概論）
- 結構光（Structured Light）：投影條紋反算 3D、sub-mm 精度、靜止物適用
- 立體視覺（Stereo Vision）：雙相機視差三角測距、需紋理特徵
- Time of Flight（ToF）：光脈衝往返時間量測、cm 級精度、動態場景適用
- 雷射輪廓（Laser Profile）：線雷射掃描、生產線高精度、Cognex 3D-A1000 主場景
