3Dセンサは、産業分野で重要な役割をはたしています。スマートフォンやロボットの普及により、一般家庭の機器にも3Dセンサは組み込まれるようになりました。

本記事では、3Dセンサの原理や用途など基本的な内容を解説していきます。

もし、3Dセンサを画像処理に導入して、

• 省力化、省人化してコストダウンしたい
• 検査レベルを高めて品質価値を高めたい

というご希望がございましたら、お気軽に画処ラボまでお問い合わせください。ルール型画像処理からＡＩによる画像処理まで、ご希望に対して幅広い対応が可能です。

１．3Dセンサとは何か

（1）3Dセンサとは？

3Dセンサの”D”は次元を表すdimensionが由来です。つまり3Dセンサは3次元センサを表します。

私たちが目で見ている、映像は全て3次元の立体的な映像としてみています。一方で、カメラで撮影する写真のような画像は、平面である2次元画像となってしまいます。

画像認識を行おうと考えると2次元では対応できないことも多く、そこで3Dセンサを用います。具体的には、画像のRGBデータのみならず奥行きを表す深度も計測します。

（2）3Dセンサの仕組み

3Dセンサには測定方式からステレオカメラ方式とToFカメラ方式に分かれます。これらを解説していきます。

①ステレオカメラ方式

ステレオカメラ方式は、2つのカメラで構成されています。それぞれのカメラで同一の対象物を撮影し、それぞれの視差情報を用いて深度を計算します。2つのカメラとはつまり人間の目と同様の見方をしており、三角測量の原理を応用しています。

カメラには一般的なカメラを用いたパッシブ方式と、赤外光を利用したアクティブ方式があります。アクティブ方式では暗い環境でも撮影できる利点があります。

②ToFカメラ方式

ToFカメラのToFとは”Time of Flight”の略です。カメラから赤外線を照射して、物体に反射させます。反射した赤外線が戻ってくるまでの時間を計測することで物体の深度を計算します。

用いられている赤外線は近赤外線が多く、850nmや940nmの波長が用いられています。850nmの赤外線は少し赤く見える、940nmの赤外線は水蒸気に吸収されやすいのが特徴です。それぞれメリットデメリットを見分けて選択する必要があります。

２．3Dセンサのメリットとデメリット

次に、3Dセンサのメリット・デメリットについて見ていきましょう。

（1）メリット

①距離測定が可能である

深度を測定できることから、撮影箇所からの距離を計ることが可能です。撮影後に自動で寸法表示させる機能も持たせられます。

②人間の目に近い能力を発揮できる

近年自動運転やロボットビジョンシステムが発達していますが、それは3Dセンサのおかげです。これまで2Dで処理していた画像を、3Dで処理することでより高精度で解析できるようになりました。人間の目で見ていることは3Dセンサを用いてできるようになったと言っても過言ではありません。

（2）デメリット

①測定不可能な対象物がある

例えばTofカメラ方式の場合、赤外光を反射させる必要があります。そのため赤外光を吸収してしまう物体には利用できません。反対にステレオカメラ方式を用いて通常のカメラで撮影する場合、当然透明な物体で検出はできません。

②撮影の後処理に手間がかかる

通常の画像撮影である2次元撮影と異なり、対象物を撮影した後に深度情報を得るための処理を行わなければなりません。3D画像の生成時には歪み補正や正規化など処理が必要となります。これら処理をPCなどで行うため、負荷が高くなってしまいます。

③コストが上がる

3Dセンサを用いて深度情報が得られるからと、全てのカメラに3Dセンサを付ければ良いという訳ではありません。当然、赤外光照射部分や2台目のカメラ、処理ユニットなど増設機器は多く、コスト面で不利になってしまいます。

３．3Dセンサの活用事例

3Dセンサは、導入するのにいくつか注意しなければならない点はあるものの、3次元で対象を捉えられる点でさまざまなシーンで用いられています。ここでは、製造業での活用事例

（1）製造業での活用事例

①ボックスの寸法検査

ベルト上を流れるボックスや、その中身の形状を瞬時に判定します。事前に基準を定めておくことで、不良品出荷のリスクを大幅に低減できます。

②バラ積みロボットへの応用

3Dセンサをロボットに搭載することで、これまで人が行っていた単純作業の自動化に成功している事例です。乱雑に入った部品を3次元で捉えることで的確に拾い上げつつ、バラ積みさせることを実現しています。

③寸法計測、図面作成

3Dセンサを用いてスキャンすることで、直ぐにCAD図面化することができます。例えばそれを3Dプリンターで造形すれば、スキャンからプリントまで大幅な時間短縮になります。

（2）それ以外での活用事例

①人物認識

パナソニックでは3Dセンサを利用して人物認識を行っています。例えば体の動きを利用した非接触のタッチパネル、入口付近の人の動きを追いながら入出人数を管理するセキュリティシステムなどに利用されています。

②スマートフォン

既に市販されているスマートフォンにも3Dセンサは使用されています。iPhone 12 ProとPro Maxの背面には3Dセンサが搭載されており、オートフォーカスや被写体と背景の切り分けが正確にできたりする効果があります。

③自動運転車両

モノや人物を立体的に認識できることから自動運転車両でも使われます。また、工場では無人搬送車AGVにも活用されています。

４．3Dセンサを導入したいときにおすすめのロボットシステムインテグレータ

①株式会社FAプロダクツ

【特徴】
FAプロダクツは年間200台もの実績がある関東最大級のロボットシステムインテグレーターです。一貫生産体制をとっており、設計から製造までをワンストップで対応。費用・時間にムダなく最適化を行うことができます。

また、お打ち合わせから原則1週間以内に「お見積りとポンチ絵」をご送付。

【ポンチ絵とお見積りのサンプル】

テキストやお電話だけでは伝わりづらいゴールイメージを共有し、スピード感を持った対応を心がけています。

また、同社の「画処ラボ」では、画像処理を用いた外観検査装置の導入に特化し、ご相談を受け付けています。従来は目視での官能検査に頼らざるを得なかった工程の自動化をご検討の際などにご活用ください。

【所在地】
茨城県土浦市卸町2丁目13-3
TEL.050-1743-0310(代表)
FAX.050-3156-2692(代表)
https://jss1.jp/

【営業品目】

• 産業用ロボット
• 生産設備合理化・省力化の設計及び製作
• 基板電気チェッカーや貼合・折曲など
• 治具の設計・製作

【実績】
ＮＭ社（電子部品の製造販売）、ＨＳ製作所（情報通信・社会産業・電子装置・建設機械・高機能材料・生活の各システム製造販売）、ＴＴ社（ショッピングセンターなどリテール事業）、ＳＭ社（自動制御機器の製造・販売）、ＯＲ社（自動車安全システムの製造販売）

②株式会社アイテクシステム

【特徴】
シーケンスソフトが特異な会社です。そのノウハウを生かしてロボット制御やサーボ制御を行っています。設計・製作・デバッグの工程を、すべて社内で行っています。

【所在地】
群馬県藤岡市上落合889-1
TEL：0274-40-2588
https://www.aitechsystem.com/

③株式会社オフィスエフエイ・コム

【特徴】
1億円以上のライン構築から、1000万円以下の単体装置実装まで幅広い領域で行っています。画像処理に関しては画像処理ライブラリを駆使した独自のシステムも開発しており、高い技術力が伺えます。

【所在地】
栃木県小山市大字楢木293-21
TEL：0285-41-1140
https://www.office-fa.com/

５．3Dセンサに関するご相談はFAプロダクツへ

3Dセンサを用いた場合、撮影した後にも処理が必要になったりと、システム面での対応が必須となってしまいます。また、ロボットに組み込むにも、ロボット部分とセンサ部分を結びつけるための処理が欠かせません。

3Dセンサの能力を充分に発揮するためにも、専門のメーカーに相談することをおすすめします。FAプロダクツでは、そうした装置導入のアドバイスを行っていますので、よければお気軽にご相談ください。

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