forskellen mellem flyvetiden og andre 3D-dybdebilledskameraer

Evnen til at opfatte og interagere med den 3D-verden er ved at blive stadig vigtigere i dagens teknologiske landskab, og en af de mest lovende er Time-of-Flight (ToF) teknologi. Dette er en banebrydende 3D-dybde kortlægningsløsning, der er ved at blive populær i ikke-mobilt område som industriel automatisering og detailhandel. Selv om ToF-konceptet har eksisteret siden 1990'erne sammen med låst CCD-teknologi, er det først i de seneste par år, at det langsomt er modnet til at opfylde de strenge krav fra det professionelle marked.

I dette indlæg vil vi se nærmere på, hvorfor ToF-kameraer bliver mere og mere populære til 3D-dybdeopgørelse, og hvordan de adskiller sig fra andre 3D-billedteknologier som stereovision og struktureret lys.

Hvad er 3D dybde kortlægning?

3D-dybde kortlægning, kan også kaldes dybdesensor eller 3D-kortlægning. Det er en banebrydende teknologi, der skaber en 3D-visningsrepræsentation af et rum eller et objekt ved nøjagtigt at måle afstanden mellem sensoren og forskellige punkter i miljøet. Den bryder igennem begrænsningerne ved traditionelle 2D-kamera data og er kritisk for applikationer, der kræver nøjagtig rumlig opfattelse og realtids beslutningstagning.

i dens kerne,3D-dybde kortlægningomfatter at projicere en lyskilde på et objekt og derefter bruge et kamera eller en sensor til at fange det reflekterede lys. De opfangede data analyseres for at bestemme tidsforsinkelsen eller mønsterafvigelsen af det reflekterede lys for at generere et dybdekort. I lægmandsord er et dybdekort en digital tegning, der beskriver den relative afstand mellem hvert sceneelement og sensoren.3D dybdekortning er forskellen mellem et statisk billede og en dynamisk interaktiv verden.

Hvad er stereovisionsteknologi?

Stereovisionsteknologien er inspireret af menneskets evne til at opfatte dybde gennem binokulært syn. Teknologien udnytter stereopallax-konceptet for at efterligne det menneskelige øjes synssystem, hvor hvert kamera registrerer sit synsfelt og derefter bruger disse forskellige billeder til at beregne afstanden mellem objekterne i en scene. Stereopallax er forskellen i billedstilling af et objekt set med venstre og højre øje. Og den proces hvorved hjernen udvinder dybdeoplysninger fra et 2D-netinbillede gennem binokulær paralax kaldes stereopsis.

Stereovisionskameraer bruger netop denne teknologi. De optager to forskellige billeder fra forskellige synspunkter (ligesom det menneskelige øje) og forbinder derefter disse billeder med beregningsmæssige metoder for at bestemme objektafstand. Dybde kort er konstrueret ved at genkende de tilsvarende funktioner i de to billeder og måle den vandrette forskydning eller parallakse mellem disse funktioner. En ting man skal bemærke er at jo større parallaxen er, jo tættere er objektet på observatøren.

Hvordan virker et stereovision kamera?

Stereovisionkameraer efterligner det menneskelige øjes teknik, som opfatter dybde gennem triangulationens geometri, hvor der er flere centrale attributter at tage hensyn til:

• Baseline: afstanden mellem de to kameraer, der svarer til den menneskelige pupilsafstand (~50-75 mm, pupilsafstand).
• Opløsning: proportionel med dybden. Sensorer med højere opløsning giver flere pixels til at analysere parallax, hvilket giver mulighed for mere præcise dybdeskalkninger.
• Fokuslængde: Fokuslængden er proportional med dybde af felt. Påvirker dybdeområdet og synsfeltet, kort brennvidde, bredt synsfelt, men dårlig dybdeopfattelse af nærvidde;BrændviddeDet er en meget stor synsvinkel, og det er en meget større synsvinkel, når man ser objekter i nærheden.

Stereovisionkameraer er især velegnede til udendørs anvendelser, der kræver et stort synsfelt, såsom automatiske navigationssystemer og 3D-rekonstruktion. Teknologien kræver naturligvis, at det optagne billede skal have tilstrækkelig detaljer og tekstur eller uensartet. Vi kan også forbedre disse teksturer og detaljer ved at belyse scenen med struktureret belysning for at forbedre kendetegnsanalysen og forbedre kvaliteten af dybdekortet.

Hvad er struktureret lysbilleddannelse?

Struktureret lysbilleddannelse er en sofistikeret 3D-dybde kortlægningsmetode, der bruger en lyskilde til at projicere et mønster på en overflade og derefter fange forvrængningen af det mønster, da det interagerer med objektets 3D-geometri. Denne teknik giver mulighed for nøjagtig måling af et objekt dimensioner og rekonstruktion af dens 3D-form.

I 3D-billeddannelse bruger strukturerede lyskameraer en lyskilde som en laser eller LED til at projicere et mønster (normalt et gitter eller en række striber). Formålet med mønsteret er at forbedre kameraets evne til at genkende og måle ændringer i den overflade, det belyser. Når mønsteret belyser en genstands overflade, deformerer det sig i henhold til genstandens form og rumlige egenskaber. Denkamera-modulkan fange disse forvrængede mønstre i forskellige vinkler til lyskilden.

Hvordan fungerer et struktureret lyskamera?

Struktureret lyskamerabilleder omfatter flere trin, som kort opsummeres nedenfor:

• Mønsterprojektion: Et specielt designet lysmønster projiceres på et objekt, som derefter deformeres for at opnå 3D-kortlægning baseret på objektets konturer.
• Billedoptagelse: Det deformerede mønster optages af kameraet, og ændringerne i mønsteret observeres i en vis vinkel. Objektsdybden konkluderes ved at sammenligne det kendte projicerede lysmønster og lysets interaktion med objektets 3D-overflade.
• Triangulation: Kameraet bruger det kendte projicerede mønster og det optagne billede til at beregne objektets dybde ved triangulation for at skabe et detaljeret 3D-kort.

Nøjagtigheden og opløsningen af struktureret lysbilleder påvirkes af faktorer som lyskildens kvalitet, mønstrets kompleksitet og kameraets evne til at opklare detaljer. Denne teknik er særlig effektiv i miljøer, hvor belysningen er kontrolleret, og objekts overfladeegenskaber er tydeligt synlige.

Hvad er Time-of-Flight Imaging?

Time-of-Flight (ToF) -billeddannelse er allerede blevet behandlet i en særlig artikel. Time-of-Flight (ToF) billeddannelse er en teknologi med høj nøjagtighed og realtidseffekt, og er den foretrukne løsning til 3D dybdekortning i dag. I hjertet af ToF-teknologien er lyskilden, som måler den tid, det tager for lyssignalet at sprede sig fra kameraet Interesserede kan henvise til den foregående artikel for at få et indgående overblik over principperne for ToF-teknologi samt dens fordele og mangler.

Stereovision vs. struktureret lys vs. billeddannelse i flyvetid (ToF)

Når det kommer til 3D-billeddannelse, afhænger valget mellem stereovision, struktureret lysbilleddannelse og flyvetidsteknikker normalt af de specifikke krav til applikationen. Hver tilgang har sine fordele og begrænsninger, som vi vil undersøge i detaljer for at hjælpe dig med at forstå, hvorfor ToF-kameraer i stigende grad anerkendes som det foretrukne valg for mange 3D-kortlægningsanvendelser.

Hvorfor er et Time-of-Flight (ToF) kamera et bedre valg til 3D-kortlægning?

Nøjagtighed er afgørende for 3D-kortteknologi. Vi har tidligere lært, hvad 3D-dybdebilleddannelse er, samt oplysninger om flyvetid, struktureret lys og stereovision. Lad os kort opsummere hvorfor time-of-flight (ToF) er bedre egnet til 3D-kortlægning.

• Direkte dybdemåling:ToF-kameraer kan måle dybden direkte, hvilket forenkler databehandlingskravene sammenlignet med stereovision eller strukturerede lyssystemer, der er afhængige af komplekse algoritmer til at beregne dybde baseret på billedparallax eller mønsterforvrængning.
• Høj nøjagtighed og udvidbarhed:Med høj nøjagtighed op til mm til cm, kombineret med et udvidet dybdeområde, er ToF-kameraet velegnet til præcise målinger på forskellige afstande.
• Programvare kompleksitet:ToF-kamera dybdesdata genereres direkte fra sensoren, hvilket reducerer behovet for algoritmer. Forbedret databehandlings effektivitet og hurtigere gennemførelse.
• Bedre ydeevne ved svagt lys:Sammenlignet med stereovision, der er afhængig af en lyskilde, fungerer Tof-kameraer bedre under svage lysforhold på grund af en aktiv og pålidelig lyskilde.
• Kompakt og energieffektivt design:I modsætning til andre sensorer er Tof-kameraer mere kompakte og forbruger mindre strøm. Ideel til bærbare eller batteridrevne enheder.
• Realtidsdatabehandling:Tof-kameraet opfanger og behandler dybdesdata meget hurtigt, hvilket gør det ideelt til realtidsapplikationer som f.eks. robotik.

Hvilke anvendelser har brug for time-of-flight kameraer?

Autonome mobile robotter (AMR):Tof-kameraet giver realtids-afstandsmåling og forhindringsdetektion, hvilket giver AMR fleksibiliteten til at navigere i komplekse udendørs- og indendørs miljøer. Hjælper til at planlægge bane og undgå kollisioner, hvilket forbedrer robotens autonomi og pålidelighed.

Automatiserede styrede køretøjer (AGV'er):I lager- og produktionsmiljøer sikrer AGV'er udstyret med ToF-kameraer pålidelig navigation og præcis håndtering af materiale. Dybdeoplysningerne fra disse kameraer understøtter avancerede algoritmer til at optimere logistikken og reducere menneskelig indgriben.

Anordninger til bekæmpelse af snyd, der er baseret på ansigtsgenkendelse:ToF-kameraer i forstærkede ansigtsgenkendelsessystemer forhindrer uautoriseret adgang gennem ansigtsgenkendelsesspoofing ved at analysere indgående data, der kan skelne mellem et rigtigt ansigt og et forsøg på at kopiere det (f.eks. en maske eller et billede).

konklusion

Gennem denne artikel ses tydeligt den vigtige rolle, som time-of-flight (ToF) kameraer spiller inden for 3D-billeddannelse. Fordelene ved ToF-kameraer fremhæver også deres potentiale til at revolutionere industrier, der er afhængige af nøjagtige rumlige data.
Mens stereovision, struktureret lysbilleddannelse og ToF-teknologier hver især har deres egne fordele, skiller ToF-kameraer sig ud for deres evne til at levere direkte, nøjagtige og skalerbare dybdemålinger med relativt lav software kompleksitet. Dette gør dem ideelle til anvendelser, hvor hastighed, nøjagtighed og pålidelighed er afgørende.

Med over et årti industrierfaring inden for levering og tilpasningOEM-kameraer, kan Sinoseen give dig de mest specialiserede billedbehandling løsninger til dit kamera modul. Uanset om det er MIPI, USB, dvp eller MIPI csi-2 interface, har Sinoseen altid en løsning til din tilfredshed, så vær venlig at kontakte os, hvis du har brug for noget.