الفرق بين وقت الرحلة (ToF) وغيرها من كاميرات رسم الخرائط عمق 3D

أصبحت القدرة على الإحساس والتفاعل مع عالم 3D ذات أهمية متزايدة في المشهد التكنولوجي اليوم ، وواحدة من أكثرها واعدة هي تقنية وقت الرحلة (ToF). هذا هو اختراق حل رسم خرائط العمق 3D التي تكتسب شعبية في المناطق غير المتنقلة مثل الأتمتة الصناعية وتجارة التجزئة. على الرغم من أن مفهوم ToF كان موجودا منذ تسعينيات القرن العشرين جنبا إلى جنب مع قفل تقنية CCD ، إلا أنه في السنوات القليلة الماضية فقط نضجت ببطء لتلبية المتطلبات الصارمة للسوق المهنية.

في هذا المنشور ، سنأتي لإلقاء نظرة متعمقة على سبب تزايد شعبية كاميرات ToF لرسم خرائط العمق 3D ، وكيف تختلف عن تقنيات التصوير ثلاثية الأبعاد الأخرى مثل تصوير الرؤية الاستريو والتصوير الضوئي المنظم.

ما هو رسم خرائط عمق 3D؟

رسم خرائط العمق 3D ، ويمكن أيضا أن يسمى استشعار العمق أو رسم الخرائط 3D. إنها تقنية متطورة تخلق تمثيلا لعرض 3D لمساحة أو كائن من خلال قياس المسافة بدقة بين المستشعر والنقاط المختلفة في البيئة. إنه يخترق قيود بيانات كاميرا 2D التقليدية وهو أمر بالغ الأهمية للتطبيقات التي تتطلب إدراكا مكانيا دقيقا وقدرات صنع القرار في الوقت الفعلي.

في جوهرها ،رسم خرائط عمق 3Dيتضمن إسقاط مصدر ضوء على كائن ثم استخدام كاميرا أو مستشعر لالتقاط الضوء المنعكس. يتم تحليل البيانات الملتقطة لتحديد التأخير الزمني أو انحراف نمط الضوء المنعكس لإنشاء خريطة عمق. من حيث الشخص العادي ، فإن خريطة العمق هي مخطط رقمي يصف المسافة النسبية بين كل عنصر من عناصر المشهد وتعيين العمق sensor.3D هو الفرق بين الصورة الثابتة والعالم التفاعلي الديناميكي.

ما هي تقنية الرؤية الاستريو؟

تقنية الرؤية المجسمة مستوحاة من قدرة العين البشرية على إدراك العمق من خلال الرؤية مجهر. تستخدم هذه التقنية مفهوم اختلاف المنظر الاستريو لتقليد النظام البصري للعين البشرية ، حيث تسجل كل كاميرا مجال رؤيتها ثم تستخدم هذه الصور المختلفة لحساب مسافات الأشياء في المشهد. اختلاف المنظر الاستريو هو الاختلاف في موضع صورة الكائن التي تراها العين اليسرى والعين اليمنى. وتسمى العملية التي يستخرج بها الدماغ معلومات العمق من صورة شبكية 2D من خلال اختلاف المنظر مجهر.

تستخدم كاميرات الرؤية الاستريو هذه التقنية بالذات. يلتقطون صورتين منفصلتين من وجهات نظر مختلفة (على غرار العين البشرية) ثم يربطون هذه الصور حسابيا لتحديد مسافات الكائن. يتم إنشاء خرائط العمق من خلال التعرف على الميزات المقابلة في الصورتين وقياس الإزاحة الأفقية أو اختلاف المنظر بين هذه الميزات. شيء واحد يجب ملاحظته هو أنه كلما زاد اختلاف المنظر ، كلما اقترب الكائن من المراقب.

كيف تعمل كاميرا الرؤية الاستريو؟

تحاكي كاميرات الرؤية الاستريو تقنية العين البشرية ، والتي تدرك العمق من خلال هندسة التثليث ، حيث توجد عدة سمات رئيسية يجب مراعاتها:

• خط الأساس: المسافة بين الكاميرتين ، على غرار تباعد حدقة العين البشرية (~ 50-75 مم ، مسافة الحدقة الحدقة ).
• الدقة: تتناسب مع العمق. توفر المستشعرات عالية الدقة المزيد من وحدات البكسل لتحليل اختلاف المنظر ، مما يسمح بحسابات عمق أكثر دقة.
• البعد البؤري: البعد البؤري يتناسب مع عمق المجال. تؤثر على نطاق العمق ومجال الرؤية ، وقصر الطول ، ومجال الرؤية الواسع ، ولكن ضعف إدراك العمق للمجال القريب ؛البعد البؤريمرتفع ، مجال الرؤية كبير ، الملاحظة الأكثر تفصيلا للكائنات في الحقل القريب.

كاميرات الرؤية الاستريو مناسبة بشكل خاص للتطبيقات الخارجية التي تتطلب مجال رؤية كبير ، مثل أنظمة الملاحة التلقائية وإعادة بناء 3D. بالطبع ، تتطلب التكنولوجيا أن تحتوي الصورة الملتقطة على تفاصيل وملمس كافيين أو عدم تجانس. يمكننا أيضا تحسين هذه الأنسجة والتفاصيل من خلال إضاءة المشهد بإضاءة منظمة لتحسين اكتشاف الميزات وتحسين جودة خريطة العمق.

ما هو التصوير الضوئي المنظم؟

التصوير الضوئي المنظم هو طريقة متطورة لرسم خرائط العمق 3D تستخدم مصدر ضوء لعرض نمط على سطح ثم يلتقط تشويه هذا النمط أثناء تفاعله مع هندسة 3D للكائن. تسمح هذه التقنية بالقياس الدقيق لأبعاد الكائن وإعادة بناء شكله 3D.

في التصوير 3D ، تستخدم كاميرات الضوء المنظمة مصدر ضوء مثل الليزر أو LED لعرض نمط (عادة شبكة أو سلسلة من المشارب). الغرض من هذا النمط هو تعزيز قدرة الكاميرا على التعرف على التغييرات في السطح الذي تضيء وقياسه. عندما يضيء النموذج سطح كائن ما ، فإنه يتشوه وفقا للشكل والخصائص المكانية للكائن. الوحدة الكاميرايمكن التقاط هذه الأنماط المشوهة في زوايا مختلفة لمصدر الضوء.

كيف تعمل كاميرا الضوء المنظمة؟

يتضمن التصوير المنظم بكاميرا الضوء عدة خطوات ، والتي يتم تلخيصها بإيجاز أدناه:

• إسقاط النمط: يتم عرض نمط ضوء مصمم خصيصا على كائن ، والذي يتم تشويهه بعد ذلك لتحقيق رسم خرائط 3D بناء على ملامح الكائن.
• التقاط الصورة: يتم التقاط النمط المشوه بواسطة الكاميرا ويتم ملاحظة التغييرات في النمط بزاوية معينة. يتم الاستدلال على عمق الكائن من خلال مقارنة نمط الضوء المتوقع المعروف والتفاعل الضوئي مع سطح 3D للكائن.
• التثليث: تستخدم الكاميرا النمط المتوقع المعروف والصورة الملتقطة لحساب عمق الكائن عن طريق التثليث لإنشاء خريطة 3D مفصلة.

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

ما هو تصوير وقت الرحلة؟

تمت تغطية تصوير وقت الرحلة (ToF) بالفعل في مقال خاص. تصوير وقت الرحلة (ToF) هو تقنية ذات دقة عالية وأداء في الوقت الفعلي ، وهو الحل المفضل لرسم خرائط عمق 3D اليوم. يوجد في قلب تقنية ToF مصدر الضوء ، الذي يقيس الوقت الذي تستغرقه إشارة الضوء لتنتشر من الكاميرا ، وتنعكس عن الكائن ، وتعود إلى المستشعر ، مما يسمح بحساب المسافة إلى الكائن بدقة مذهلة. يمكن للأطراف المهتمة الرجوع إلى المقالة السابقة لإلقاء نظرة متعمقة على مبادئ تقنية ToF بالإضافة إلى مزاياها وعيوبها.

الرؤية الاستريو مقابل الضوء المنظم مقابل تصوير وقت الرحلة (ToF)

عندما يتعلق الأمر بالتصوير 3D ، فإن الاختيار بين الرؤية المجسمة والتصوير الضوئي المنظم وتقنيات وقت الرحلة (ToF) يعتمد عادة على المتطلبات المحددة للتطبيق. كل نهج له فوائده وقيوده الخاصة ، والتي سنستكشفها بالتفصيل لمساعدتك على فهم سبب التعرف على كاميرات ToF بشكل متزايد كخيار مفضل للعديد من تطبيقات رسم الخرائط 3D.

لماذا تعتبر كاميرا وقت الرحلة (ToF) خيارا أفضل لرسم خرائط 3D؟

الدقة أمر بالغ الأهمية لتكنولوجيا رسم الخرائط 3D. أعلاه ، تعلمنا ما هو التصوير العميق 3D ، بالإضافة إلى معلومات حول وقت الرحلة (ToF) ، والضوء المنظم ، والرؤية الاستريو. دعونا نلخص بإيجاز لماذا وقت الرحلة (ToF) هو الأنسب لرسم الخرائط 3D.

• قياس العمق المباشر:يمكن لكاميرات ToF قياس العمق مباشرة ، مما يبسط متطلبات معالجة البيانات مقارنة برؤية الاستريو أو أنظمة الإضاءة المنظمة التي تعتمد على خوارزميات معقدة لحساب العمق بناء على اختلاف المنظر للصورة أو تشويه النمط.
• دقة عالية وقابلية للتوسعة:إن توفير قياسات عالية الدقة تصل إلى مم إلى سم ، جنبا إلى جنب مع نطاق عمق قابل للتوسيع ، يجعل كاميرا ToF مناسبة تماما للقياسات الدقيقة على مسافات مختلفة.
• تعقيد البرمجيات:يتم إنشاء بيانات عمق كاميرا ToF مباشرة من المستشعر ، مما يقلل من الحاجة إلى الخوارزميات. تحسين كفاءة معالجة البيانات والتنفيذ بشكل أسرع.
• أداء أفضل في الإضاءة المنخفضة:مقارنة بالرؤية الاستريو التي تعتمد على مصدر الضوء ، تعمل كاميرات Tof بشكل أفضل في ظروف الإضاءة المنخفضة بسبب مصدر الضوء النشط والموثوق.
• تصميم مدمج وموفر للطاقة:على عكس المستشعرات الأخرى ، تعد كاميرات Tof أكثر إحكاما وتستهلك طاقة أقل. مثالي للأجهزة المحمولة أو التي تعمل بالبطاريات.
• معالجة البيانات في الوقت الحقيقي:تلتقط كاميرا Tof بيانات العمق وتعالجها بسرعة كبيرة ، مما يجعلها مثالية للتطبيقات في الوقت الفعلي مثل الروبوتات.

ما التطبيقات التي تحتاج إلى كاميرات وقت الرحلة؟

الروبوتات المتنقلة المستقلة (AMR):توفر كاميرا Tof قياس المسافة في الوقت الفعلي واكتشاف العوائق ، مما يمنح AMR المرونة للتنقل في البيئات الخارجية والداخلية المعقدة. يساعد في تخطيط المسار وتجنب الاصطدام ، وتحسين استقلالية الروبوت وموثوقيته.

المركبات الموجهة الآلية (AGVs):في بيئات المستودعات والتصنيع ، تضمن AGVs المجهزة بكاميرات ToF التنقل الموثوق به والتعامل الدقيق مع المواد. تدعم بيانات العمق التي توفرها هذه الكاميرات خوارزميات تحديد المسار المتقدمة لتحسين الخدمات اللوجستية وتقليل التدخل البشري.

أجهزة مكافحة الانتحال القائمة على التعرف على الوجه:تمنع كاميرات ToF في أنظمة التعرف على الوجوه المعززة الوصول غير المصرح به من خلال انتحال التعرف على الوجوه من خلال تحليل البيانات المتعمقة التي يمكن أن تفرق بين الوجه الحقيقي ومحاولة تكراره (على سبيل المثال ، قناع أو صورة).

استنتاج

من خلال هذه المقالة ، من الواضح أن نرى الدور المهم لكاميرات وقت الرحلة (ToF) في مجال التصوير 3D. تسلط فوائد كاميرات ToF الضوء أيضا على قدرتها على إحداث ثورة في الصناعات التي تعتمد على البيانات المكانية الدقيقة.
في حين أن الرؤية الاستريو والتصوير الضوئي المنظم وتقنيات ToF لها مزاياها الخاصة بينها ، تبرز كاميرات ToF لقدرتها على توفير قياسات عمق مباشرة ودقيقة وقابلة للتطوير مع تعقيد منخفض نسبيا للبرامج. وهذا يجعلها مثالية للتطبيقات التي تكون فيها السرعة والدقة والموثوقية أمرا بالغ الأهمية.

مع أكثر من عشر سنوات من الخبرة في الصناعة في توريد وتخصيصكاميرات OEM، يمكن أن توفر لك Sinoseen حلول التصوير الأكثر تخصصا لوحدة الكاميرا الخاصة بك. سواء كانت واجهة MIPI أو USB أو dvp أو MIPI csi-2 ، فإن Sinoseen لديها دائما حل يرضيك ، فلا تتردد في الاتصال بنا إذا كنت بحاجة إلى أي شيء.