الفرق بين وقت الرحلة ((tof) وغيرها من كاميرات رسم الخرائط العميقة 3D

تزداد أهمية القدرة على استشعار والتفاعل مع العالم ثلاثي الأبعاد في مشهد التكنولوجيا اليوم، وأحد أكثرها وعدًا هو تقنية زمن الرحلة (ToF). هذه هي حل مبتكر لرسم خرائط العمق ثلاثي الأبعاد الذي يكتسب شعبية في المجالات غير المتنقلة مثل الأتمتة الصناعية وتجارة التجزئة. على الرغم من أن مفهوم ToF موجود منذ التسعينيات جنبًا إلى جنب مع تقنية CCD القابلة للقفل، إلا أنه فقط في السنوات القليلة الماضية بدأ ينضج ببطء لتلبية المتطلبات الصارمة للسوق المهنية.

في هذه المقالة، سنقوم بأخذ نظرة متعمقة على سبب تزايد شعبية كاميرات ToF لرسم خرائط العمق ثلاثي الأبعاد، وكيف تختلف عن تقنيات التصوير ثلاثي الأبعاد الأخرى مثل تصوير الرؤية الاستيريو وتصوير الضوء المنظم.

ما هو رسم خرائط العمق ثلاثي الأبعاد؟

تخطيط العمق ثلاثي الأبعاد، يمكن أيضًا أن يسمى استشعار العمق أو التخطيط ثلاثي الأبعاد. إنها تقنية متطورة تخلق تمثيلًا ثلاثي الأبعاد لمساحة أو كائن من خلال قياس المسافة بدقة بين المستشعر ونقاط مختلفة في البيئة. إنها تتجاوز قيود بيانات الكاميرا التقليدية ثنائية الأبعاد وتعتبر حاسمة للتطبيقات التي تتطلب إدراكًا مكانيًا دقيقًا وقدرات اتخاذ قرارات في الوقت الحقيقي.

في جوهرهاتخطيط العمق ثلاثي الأبعاديتضمن إسقاط مصدر ضوء على كائن ثم استخدام كاميرا أو مستشعر لالتقاط الضوء المنعكس. يتم تحليل البيانات الملتقطة لتحديد تأخير الوقت أو انحراف النمط للضوء المنعكس لإنشاء خريطة عمق. بلغة بسيطة، خريطة العمق هي مخطط رقمي يصف المسافة النسبية بين كل عنصر في المشهد والمستشعر. تخطيط العمق ثلاثي الأبعاد هو الفرق بين صورة ثابتة وعالم تفاعلي ديناميكي.

ما هي تقنية الرؤية الاستيريو؟

تكنولوجيا الرؤية الاستيريو مستوحاة من قدرة العين البشرية على إدراك العمق من خلال الرؤية الثنائية. تستخدم التكنولوجيا مفهوم التوازي الاستيريو لمحاكاة نظام الرؤية في العين البشرية، حيث تسجل كل كاميرا مجال رؤيتها ثم تستخدم هذه الصور المختلفة لحساب مسافات الأجسام في المشهد. التوازي الاستيريو هو الفرق في موضع صورة الجسم التي تراها العين اليسرى والعين اليمنى. وعملية استخراج الدماغ لمعلومات العمق من صورة شبكية ثنائية الأبعاد من خلال التوازي الثنائي تُسمى الاستيريوبسيس.

تستخدم كاميرات الرؤية الاستيريو هذه التكنولوجيا. إنها تلتقط صورتين منفصلتين من وجهات نظر مختلفة (تشبه العين البشرية) ثم تربط هذه الصور حسابيًا لتحديد مسافات الأجسام. يتم بناء خرائط العمق من خلال التعرف على الميزات المقابلة في الصورتين وقياس الإزاحة الأفقية أو التوازي بين هذه الميزات. شيء واحد يجب ملاحظته هو أنه كلما زاد التوازي، كانت المسافة بين الجسم والمراقب أقرب.

كيف تعمل كاميرا الرؤية الاستيريو؟

تقلد كاميرات الرؤية الاستيريو تقنية العين البشرية، التي تدرك العمق من خلال هندسة الثلاثي، حيث توجد عدة سمات رئيسية يجب أخذها في الاعتبار:

• القاعدة: المسافة بين الكاميرتين، مشابهة لتباعد بؤبؤ العين (~50-75 مم، مسافة بؤبؤ العين).
• الدقة: متناسبة مع العمق. توفر المستشعرات عالية الدقة المزيد من البكسلات لتحليل التوازي، مما يسمح بحسابات عمق أكثر دقة.
• طول البؤرة: طول البؤرة يتناسب مع عمق المجال. يؤثر على نطاق العمق ومجال الرؤية، طول بؤرة قصير، مجال رؤية واسع، ولكن إدراك عمق ضعيف في المجال القريب؛الطول البعيدمرتفع، مجال الرؤية كبير، الملاحظة التفصيلية للأشياء في المجال القريب أكثر.

تعتبر كاميرات الرؤية الستيريو مناسبة بشكل خاص للتطبيقات الخارجية التي تتطلب مجال رؤية واسع، مثل أنظمة الملاحة الآلية وإعادة البناء ثلاثي الأبعاد. بالطبع، تتطلب التكنولوجيا أن تكون الصورة الملتقطة تحتوي على تفاصيل وملمس كافيين أو عدم تجانس. يمكننا أيضًا تعزيز هذه القوام والتفاصيل من خلال إضاءة المشهد بإضاءة منظمة لتعزيز اكتشاف الميزات وتحسين جودة خريطة العمق.

ما هو تصوير الضوء المنظم؟

تصوير الضوء المنظم هو طريقة متقدمة لرسم خرائط العمق ثلاثية الأبعاد تستخدم مصدر ضوء لإسقاط نمط على سطح ثم تلتقط تشوه ذلك النمط أثناء تفاعله مع الهندسة ثلاثية الأبعاد للجسم. تتيح هذه التقنية قياس أبعاد الجسم بدقة وإعادة بناء شكله ثلاثي الأبعاد.

في التصوير ثلاثي الأبعاد، تستخدم كاميرات الضوء المنظم مصدر ضوء مثل الليزر أو LED لإسقاط نمط (عادةً شبكة أو سلسلة من الخطوط). الغرض من النمط هو تعزيز قدرة الكاميرا على التعرف على وقياس التغيرات في السطح الذي تضيئه. عندما يضيء النمط سطح جسم ما، فإنه يتشوه وفقًا لشكل وخصائص الجسم المكانية. يمكنوحدة الكاميراالتقاط هذه الأنماط المشوهة من زوايا مختلفة بالنسبة لمصدر الضوء.

كيف تعمل كاميرا الضوء المنظم؟

يتضمن تصوير كاميرا الضوء المنظم عدة خطوات، والتي يتم تلخيصها بإيجاز أدناه:

• إسقاط النمط: يتم إسقاط نمط ضوئي مصمم خصيصًا على جسم، والذي يتم تشويهه لتحقيق رسم خرائط ثلاثي الأبعاد بناءً على ملامح الجسم.
• التقاط الصورة: يتم التقاط النمط المشوه بواسطة الكاميرا ويتم ملاحظة التغيرات في النمط من زاوية معينة. يتم استنتاج عمق الجسم من خلال مقارنة نمط الضوء المسقوط المعروف وتفاعل الضوء مع السطح ثلاثي الأبعاد للجسم.
• التثليث: تستخدم الكاميرا النمط المسقوط المعروف والصورة الملتقطة لحساب عمق الجسم من خلال التثليث لإنشاء خريطة ثلاثية الأبعاد مفصلة.

تتأثر دقة ودقة تصوير الضوء المنظم بعوامل مثل جودة مصدر الضوء، وتعقيد النمط، وقدرة الكاميرا على حل التفاصيل. هذه التقنية فعالة بشكل خاص في البيئات التي يتم التحكم في الإضاءة فيها وتكون ميزات سطح الجسم مرئية بوضوح.

ما هو تصوير زمن الرحلة؟

تصوير زمن الرحلة (ToF) تم تغطيته بالفعل في مقال خاص. تصوير زمن الرحلة (ToF) هو تقنية ذات دقة عالية وأداء في الوقت الحقيقي، وهي الحل المفضل لرسم الخرائط ثلاثية الأبعاد اليوم. في قلب تقنية ToF يوجد مصدر الضوء، الذي يقيس الوقت الذي يستغرقه إشارة الضوء للانتشار من الكاميرا، والانعكاس عن الجسم، والعودة إلى المستشعر، مما يسمح بحساب المسافة إلى الجسم بدقة مذهلة. يمكن للأطراف المهتمة الرجوع إلى المقال السابق للحصول على نظرة متعمقة على مبادئ تقنية ToF بالإضافة إلى مزاياها وعيوبها.

الرؤية الاستيريو مقابل الضوء المنظم مقابل تصوير زمن الرحلة (ToF)

عندما يتعلق الأمر بتصوير ثلاثي الأبعاد، فإن الاختيار بين الرؤية الاستيريو، وتصوير الضوء المنظم، وتقنيات زمن الرحلة (ToF) يعتمد عادةً على المتطلبات المحددة للتطبيق. كل نهج له فوائده وقيوده الخاصة، والتي سنستكشفها بالتفصيل لمساعدتك على فهم لماذا يتم التعرف بشكل متزايد على كاميرات ToF كخيار مفضل للعديد من تطبيقات رسم الخرائط ثلاثية الأبعاد.

لماذا تعتبر كاميرا زمن الرحلة (ToF) خيارًا أفضل لرسم الخرائط ثلاثية الأبعاد؟

الدقة أمر حاسم لتقنية رسم الخرائط ثلاثية الأبعاد. أعلاه، تعلمنا ما هو تصوير العمق ثلاثي الأبعاد، بالإضافة إلى معلومات حول زمن الرحلة (ToF)، والضوء المنظم، والرؤية الاستريو. دعونا نلخص بإيجاز لماذا يعتبر زمن الرحلة (ToF) أكثر ملاءمة لرسم الخرائط ثلاثية الأبعاد.

• قياس العمق المباشر:يمكن لكاميرات ToF قياس العمق مباشرة، مما يبسط متطلبات معالجة البيانات مقارنةً برؤية الاستريو أو أنظمة الضوء المنظم التي تعتمد على خوارزميات معقدة لحساب العمق بناءً على اختلاف الصورة أو تشويه النمط.
• دقة عالية وقابلية للتوسع:توفير قياسات دقيقة تصل إلى مم إلى سم، جنبًا إلى جنب مع نطاق عمق قابل للتوسع، يجعل كاميرا ToF مناسبة تمامًا للقياسات الدقيقة على مسافات مختلفة.
• تعقيد البرمجيات:يتم توليد بيانات عمق كاميرا ToF مباشرة من المستشعر، مما يقلل من الحاجة إلى الخوارزميات. تحسين كفاءة معالجة البيانات وتنفيذ أسرع.
• أداء أفضل في الإضاءة المنخفضة:بالمقارنة مع الرؤية الاستريو التي تعتمد على مصدر ضوء، تعمل كاميرات Tof بشكل أفضل في ظروف الإضاءة المنخفضة بفضل مصدر الضوء النشط والموثوق.
• تصميم مدمج وفعال من حيث الطاقة:على عكس المستشعرات الأخرى، تكون كاميرات Tof أكثر إحكامًا وتستهلك طاقة أقل. مثالية للأجهزة المحمولة أو التي تعمل بالبطارية.
• معالجة البيانات في الوقت الحقيقي:تلتقط كاميرا Tof وتقوم بمعالجة بيانات العمق بسرعة كبيرة، مما يجعلها مثالية للتطبيقات في الوقت الحقيقي مثل الروبوتات.

ما التطبيقات التي تحتاج إلى كاميرات زمن الرحلة؟

الروبوتات المتنقلة المستقلة (AMR):توفر كاميرا Tof قياس المسافة في الوقت الحقيقي واكتشاف العقبات، مما يمنح AMR المرونة للتنقل في بيئات خارجية وداخلية معقدة. تساعد في تخطيط المسار وتجنب التصادم، مما يحسن من استقلالية الروبوت وموثوقيته.

المركبات الموجهة آليًا (AGVs):في بيئات المستودعات والتصنيع، تضمن المركبات ذاتية القيادة المزودة بكاميرات ToF التنقل الموثوق ومعالجة المواد بدقة. تدعم بيانات العمق المقدمة من هذه الكاميرات خوارزميات متقدمة للعثور على المسارات لتحسين اللوجستيات وتقليل التدخل البشري.

أجهزة مكافحة التزوير المعتمدة على التعرف على الوجه:تمنع كاميرات ToF في أنظمة التعرف على الوجه المعززة الوصول غير المصرح به من خلال تزوير التعرف على الوجه عن طريق تحليل بيانات العمق التي يمكن أن تميز بين الوجه الحقيقي ومحاولة تقليده (مثل، قناع أو صورة).

الخاتمة

من خلال هذه المقالة، من الواضح أن هناك دورًا مهمًا لكاميرات الوقت المستغرق (ToF) في مجال التصوير ثلاثي الأبعاد. كما تسلط فوائد كاميرات ToF الضوء على إمكاناتها في إحداث ثورة في الصناعات التي تعتمد على البيانات المكانية الدقيقة.
بينما تتمتع تقنيات الرؤية الاستريو، وتصوير الضوء المنظم، وتقنيات ToF بمزاياها الخاصة، تبرز كاميرات ToF لقدرتها على توفير قياسات عمق مباشرة ودقيقة وقابلة للتوسع مع تعقيد برمجي منخفض نسبيًا. وهذا يجعلها مثالية للتطبيقات التي تكون فيها السرعة والدقة والموثوقية أمرًا حاسمًا.

مع أكثر من عقد من الخبرة في الصناعة في توفير وتخصيصكاميرات OEM, يمكن لشركة Sinoseen أن تقدم لك أكثر حلول التصوير تخصصًا لوحدة الكاميرا الخاصة بك. سواء كانت واجهة MIPI أو USB أو dvp أو MIPI csi-2، فإن Sinoseen دائمًا لديها حل يرضيك، لا تتردد في الاتصال بنا إذا كنت بحاجة إلى أي شيء.