Η διαφορά μεταξύ του χρόνου πτήσης (τοφ) και άλλων 3D κάμερες χαρτογράφησης βάθους

Η ικανότητα να αισθανόμαστε και να αλληλεπιδρούμε με τον 3D κόσμο γίνεται όλο και πιο σημαντική στο σημερινό τεχνολογικό τοπίο, και μία από τις πιο υποσχόμενες είναι η τεχνολογία Time-of-Flight (ToF). Πρόκειται για μια πρωτοποριακή λύση χαρτογράφησης βάθους 3D που κερδίζει δημοτικότητα σε μη κινητούς τομείς όπως η βιομηχανική αυτοματοποίηση και το λιανικό εμπόριο. Αν και η έννοια ToF υπάρχει από τη δεκαετία του 1990 μαζί με την τεχνολογία κλειδώματος CCD, είναι μόνο τα τελευταία χρόνια που έχει ωριμάσει αργά για να ανταποκριθεί στις αυστηρές απαιτήσεις της επαγγελματικής αγοράς.

Σε αυτό το άρθρο, θα ρίξουμε μια βαθιά ματιά στο γιατί οι κάμερες ToF γίνονται όλο και πιο δημοφιλείς για την 3D χαρτογράφηση βάθους, και πώς διαφέρουν από άλλες τεχνολογίες 3D απεικόνισης όπως η απεικόνιση στερεοειδούς όρασης και η δομη

Τι είναι η 3D χαρτογράφηση βάθους;

Η χαρτογράφηση βάθους 3D, μπορεί επίσης να ονομαστεί ανίχνευση βάθους ή χαρτογράφηση 3D. Πρόκειται για μια τεχνολογία αιχμής που δημιουργεί μια 3D απεικόνιση ενός χώρου ή αντικειμένου με ακριβή μέτρηση της απόστασης μεταξύ του αισθητήρα και διάφορων σημείων στο περιβάλλον. Διαλύει τους περιορισμούς των παραδοσιακών δεδομένων 2D κάμερας και είναι κρίσιμο για εφαρμογές που απαιτούν ακριβή χωρική αντίληψη και δυνατότητες λήψης αποφάσεων σε πραγματικό χρόνο.

στο κέντρο της,Τριδιάστατη χαρτογράφηση βάθουςπεριλαμβάνει την προβολή μιας φωτεινής πηγής σε ένα αντικείμενο και στη συνέχεια τη χρήση μιας κάμερας ή αισθητήρα για την αιχμαλωσία του ανακλασμένου φωτός. Τα δεδομένα που συλλέγονται αναλύονται για να προσδιοριστεί η χρονική καθυστέρηση ή η απόκλιση του προτύπου του ανακλασμένου φωτός για να δημιουργηθεί ένας χάρτης βάθους. Σε όρους απλών, ένας χάρτης βάθους είναι ένα ψηφιακό σχέδιο που περιγράφει τη σχετική απόσταση μεταξύ κάθε στοιχείου σκηνής και του αισθητήρα.

Τι είναι η τεχνολογία στερεοειδούς;

Η τεχνολογία στερεοειδούς όρασης εμπνέεται από την ικανότητα του ανθρώπινου οφθαλμού να αντιλαμβάνεται το βάθος μέσω της διπλανής όρασης. Η τεχνολογία χρησιμοποιεί την έννοια της στερεοπαραλλαξίας για να μιμηθεί το οπτικό σύστημα του ανθρώπινου οφθαλμού, όπου κάθε κάμερα καταγράφει το οπτικό της πεδίο και στη συνέχεια χρησιμοποιεί αυτές τις διαφορετικές εικόνες για να υπολογίσει τις αποστάσεις των αντικειμένων σε μια σκηνή Η στερεοπαραλλαξία είναι η διαφορά στη θέση της εικόνας ενός αντικειμένου που βλέπει το αριστερό μάτι και το δεξί μάτι. Και η διαδικασία με την οποία ο εγκέφαλος εξάγει πληροφορίες βάθους από μια 2D εικόνα του αμφιβληστροειδούς μέσω διπλανής παραλλαξίας ονομάζεται στερεοψία.

Οι κάμερες στερεοειδούς οράσεως χρησιμοποιούν ακριβώς αυτή την τεχνολογία. Καταγράφουν δύο ξεχωριστές εικόνες από διαφορετικές οπτικές γωνίες (παρόμοιες με το ανθρώπινο μάτι) και στη συνέχεια συσχετίζουν υπολογιστικά αυτές τις εικόνες για να καθορίσουν τις αποστάσεις των αντικειμένων. Οι χάρτες βάθους κατασκευάζονται αναγνωρίζοντας τα αντίστοιχα χαρακτηριστικά στις δύο εικόνες και μετρώντας την οριζόντια μετατόπιση ή παράλλαξη μεταξύ αυτών των χαρακτηριστικών. Ένα πράγμα που πρέπει να σημειωθεί είναι ότι όσο μεγαλύτερη είναι η παράλλαξη, τόσο πιο κοντά είναι το αντικείμενο στον παρατηρητή.

Πώς δουλεύει μια κάμερα στερεοειδούς;

Οι κάμερες στερεοεισκόπησης μιμούνται την τεχνική του ανθρώπινου οφθαλμού, το οποίο αντιλαμβάνεται το βάθος μέσω της γεωμετρίας της τριγωνοποίησης, όπου υπάρχουν αρκετά βασικά χαρακτηριστικά που πρέπει να ληφθούν υπόψη:

• Βασική γραμμή: η απόσταση μεταξύ των δύο φωτογραφικών μηχανών, παρόμοια με την απόσταση των ανθρώπινων μαθητών (~ 50-75 mm, απόσταση των μαθητών).
• Ανάλυση: ανάλογη με το βάθος. Οι αισθητήρες υψηλότερης ανάλυσης παρέχουν περισσότερα pixels για την ανάλυση της παραλλαξίας, επιτρέποντας πιο ακριβείς υπολογισμούς βάθους.
• Εστιακό μήκος: Το εστιακό μήκος είναι ανάλογο με το βάθος πεδίου. Επηρεάζει το εύρος βάθους και το οπτικό πεδίο, μικρό εστιακό μήκος, ευρύ οπτικό πεδίο, αλλά κακή αντίληψη βάθους του κοντινού πεδίου.εστιακή απόστασηείναι υψηλή, το οπτικό πεδίο είναι μεγάλο, η πιο λεπτομερή παρατήρηση αντικειμένων στο κοντινό πεδίο.

Οι κάμερες στερεοειδούς όρασης είναι ιδιαίτερα κατάλληλες για εξωτερικές εφαρμογές που απαιτούν μεγάλο οπτικό πεδίο, όπως τα αυτόματα συστήματα πλοήγησης και η 3D ανακατασκευή. Φυσικά, η τεχνολογία απαιτεί ότι η εικόνα που καταγράφεται πρέπει να έχει επαρκή λεπτομέρεια και υφή ή ανισότητα. Μπορούμε επίσης να ενισχύσουμε αυτές τις υφές και λεπτομέρειες φωτίζοντας τη σκηνή με δομημένο φωτισμό για να ενισχύσουμε την ανίχνευση χαρακτηριστικών και να βελτιώσουμε την ποιότητα του χάρτη βάθους.

Τι είναι η δομημένη απεικόνιση φωτός;

Η δομημένη απεικόνιση φωτός είναι μια εξελιγμένη μέθοδος χαρτογράφησης βάθους 3D που χρησιμοποιεί μια πηγή φωτός για να προβάλλει ένα μοτίβο σε μια επιφάνεια και στη συνέχεια να συλλαμβάνει την στρέβλωση αυτού του μοτίβου καθώς αλληλεπιδ Αυτή η τεχνική επιτρέπει την ακριβή μέτρηση των διαστάσεων ενός αντικειμένου και την ανοικοδόμηση του 3D σχήμα του.

Στην 3D απεικόνιση, οι δομημένες κάμερες φωτός χρησιμοποιούν μια πηγή φωτός όπως ένα λέιζερ ή LED για να προβάλλουν ένα μοτίβο (συνήθως ένα πλέγμα ή μια σειρά από ρίγες). Ο σκοπός του μοτίβου είναι να ενισχύσει την ικανότητα της κάμερας να αναγνωρίζει και να μετρά τις αλλαγές στην επιφάνεια που φωτίζει. Όταν το μοτίβο φωτίζει την επιφάνεια ενός αντικειμένου, παραμορφώνεται ανάλογα με το σχήμα και τις χωρικές ιδιότητες του αντικειμένου. ΗΜονάδα κάμεραςΜπορεί να συλλάβει αυτά τα στρεβλωμένα μοτίβα σε διαφορετικές γωνίες προς την πηγή φωτός.

Πώς λειτουργεί μια δομημένη κάμερα φωτός;

Η δομημένη εικόνα με κάμερα φωτός περιλαμβάνει αρκετά βήματα, τα οποία συνοψίζονται σύντομα παρακάτω:

• Προβολή μοτίβου: Ένα ειδικά σχεδιασμένο μοτίβο φωτός προβάλλεται σε ένα αντικείμενο, το οποίο στη συνέχεια παραμορφώνεται για να επιτευχθεί 3D χαρτογράφηση με βάση τα περίμετρα του αντικειμένου.
• Καταγραφή εικόνας: Το παραμορφωμένο μοτίβο καταγράφεται από την κάμερα και οι αλλαγές στο μοτίβο παρατηρούνται σε μια ορισμένη γωνία. Το βάθος του αντικειμένου συμπεραίνειται συγκρίνοντας το γνωστό προωθημένο μοτίβο φωτός και την αλληλεπίδραση φωτός με την 3D επιφάνεια του αντικειμένου.
• Τριγωνισμός: Η κάμερα χρησιμοποιεί το γνωστό προγραμματισμένο μοτίβο και την εικόνα που έχει συλληφθεί για να υπολογίσει το βάθος του αντικειμένου με τριγωνισμό για να δημιουργήσει έναν λεπτομερή 3D χάρτη.

Η ακρίβεια και η ανάλυση της δομημένης απεικόνισης φωτός επηρεάζονται από παράγοντες όπως η ποιότητα της φωτεινής πηγής, η πολυπλοκότητα του μοτίβου και η ικανότητα της κάμερας να επιλύει λεπτομέρειες. Η τεχνική αυτή είναι ιδιαίτερα αποτελεσματική σε περιβάλλοντα όπου ο φωτισμός ελέγχεται και τα χαρακτηριστικά της επιφάνειας του αντικειμένου είναι καθαρά ορατά.

Τι είναι η απεικόνιση χρόνου πτήσης;

Η απεικόνιση του χρόνου πτήσης (ToF) έχει ήδη περιληφθεί σε ειδικό άρθρο. Η απεικόνιση χρόνου πτήσης (ToF) είναι μια τεχνολογία με υψηλή ακρίβεια και απόδοση σε πραγματικό χρόνο και είναι η προτιμώμενη λύση για την 3D χαρτογράφηση βάθους σήμερα. Στην καρδιά της τεχνολογίας ToF βρίσκεται η πηγή φωτός, η οποία μετρά τον χρόνο που χρειάζεται Τα ενδιαφερόμενα μέρη μπορούν να αναφερθούν στο προηγούμενο άρθρο για μια εις βάθος εξέταση των αρχών της τεχνολογίας ToF καθώς και των πλεονεκτημάτων και των ελλείψεών της.

Στερεοόραση έναντι δομημένου φωτός έναντι απεικόνισης χρόνου πτήσης (ToF)

Όταν πρόκειται για 3D απεικόνιση, η επιλογή μεταξύ στερεοειδούς όρασης, δομημένης απεικόνισης φωτός και τεχνικών χρόνου πτήσης (ToF) συνήθως εξαρτάται από τις ειδικές απαιτήσεις της εφαρμογής. Κάθε προσέγγιση έχει τα δικά της πλεονεκτήματα και περιορισμούς, τα οποία θα διερευνήσουμε λεπτομερώς για να σας βοηθήσουμε να κατανοήσετε γιατί οι κάμερες ToF αναγνωρίζονται όλο και περισσότερο ως η προτιμώμενη επιλογή για πολλές εφαρμογές 3D χαρτογράφησης.

Γιατί η κάμερα χρόνου πτήσης είναι καλύτερη επιλογή για την 3D χαρτογράφηση;

Η ακρίβεια είναι κρίσιμη για την τεχνολογία 3D χαρτογράφησης. Πάνω, μάθαμε τι είναι η 3D απεικόνιση βάθους, καθώς και πληροφορίες για το χρόνο πτήσης (ToF), το δομημένο φως και τη στερεοειδική όραση. Ας συνοψίσουμε σύντομα γιατί ο χρόνος πτήσης (ToF) είναι πιο κατάλληλος για την 3D χαρτογράφηση.

• Άμεση μέτρηση βάθους:Οι κάμερες ToF μπορούν να μετρήσουν το βάθος απευθείας, απλοποιώντας τις απαιτήσεις επεξεργασίας δεδομένων σε σύγκριση με τα συστήματα στερεοεισκόπησης ή δομημένου φωτός που βασίζονται σε σύνθετους αλγόριθμους για τον υπολογισμό του βάθους με βάση το παράλλαγμα
• Υψηλή ακρίβεια και επεκτασιμότητα:Η παροχή υψηλής ακρίβειας μετρήσεων έως mm έως cm, σε συνδυασμό με μια ευρύτερη περιοχή βάθους, καθιστά την κάμερα ToF κατάλληλη για μετρήσεις ακρίβειας σε διαφορετικές αποστάσεις.
• ΠληροφορικήΤα δεδομένα βάθους κάμερας ToF παράγονται απευθείας από τον αισθητήρα, μειώνοντας την ανάγκη για αλγόριθμους. Βελτιωμένη αποδοτικότητα επεξεργασίας δεδομένων και ταχύτερη εφαρμογή.
• Καλύτερη απόδοση σε χαμηλό φωτισμό:Σε σύγκριση με τη στερεοειδική όραση που βασίζεται σε μια πηγή φωτός, οι κάμερες Tof αποδίδουν καλύτερα σε συνθήκες χαμηλού φωτισμού λόγω μιας ενεργής και αξιόπιστης φωτεινής πηγής.
• Συμπληκτικός και ενεργειακά αποδοτικός σχεδιασμός:Σε αντίθεση με άλλους αισθητήρες, οι κάμερες Tof είναι πιο συμπαγές και καταναλώνουν λιγότερη ενέργεια. Ιδανικό για φορητές συσκευές ή συσκευές που λειτουργούν με μπαταρία.
• Επεξεργασία δεδομένων σε πραγματικό χρόνο:Η κάμερα Tof συλλαμβάνει και επεξεργάζεται τα δεδομένα βάθους πολύ γρήγορα, καθιστώντας την ιδανική για εφαρμογές σε πραγματικό χρόνο όπως η ρομποτική.

Ποιες εφαρμογές χρειάζονται κάμερες χρόνου πτήσης;

Αυτοκίνητα αυτόνομα ρομπότ (AMR):Η κάμερα Tof παρέχει μέτρηση απόστασης σε πραγματικό χρόνο και ανίχνευση εμποδίων, δίνοντας στην AMR την ευελιξία να πλοηγηθεί σε περίπλοκα εξωτερικά και εσωτερικά περιβάλλοντα. Βοηθά στον σχεδιασμό διαδρομής και την αποφυγή συγκρούσεων, βελτιώνοντας την αυτονομία και την αξιοπιστία του ρομπότ.

Αυτοματοποιημένα οχήματα καθοδήγησης (AGV):Σε αποθήκες και εργοστάσια παραγωγής, τα AGV που είναι εξοπλισμένα με κάμερες ToF εξασφαλίζουν αξιόπιστη πλοήγηση και ακριβή χειρισμό υλικών. Τα δεδομένα βάθους που παρέχονται από αυτές τις κάμερες υποστηρίζουν προηγμένους αλγόριθμους εντοπισμού διαδρομής για τη βελτιστοποίηση της εφοδιαστικής και τη μείωση της ανθρώπινης παρέμβασης.

Προϊόντα που χρησιμοποιούνται για την παρακολούθηση της ακτινοβολίαςΟι κάμερες ToF σε συστήματα επαυξημένης αναγνώρισης προσώπου αποτρέπουν την μη εξουσιοδοτημένη πρόσβαση μέσω της παραποίησης αναγνώρισης προσώπου με την ανάλυση σε βάθος δεδομένων που μπορούν να διαφοροποιήσουν ένα πραγματικό πρόσωπο από μια προσπάθεια να το αναπαραγάγουν (π.χ.

Συμπέρασμα

Μέσα από αυτό το άρθρο, είναι σαφές ότι βλέπουμε τον σημαντικό ρόλο των φωτογραφικών μηχανών χρόνου πτήσης (ToF) στον τομέα της 3D απεικόνισης. Τα οφέλη των φωτογραφικών μηχανών ToF υπογραμμίζουν επίσης τη δυνατότητά τους να φέρουν επανάσταση στις βιομηχανίες που βασίζονται σε ακριβή χω
Ενώ η στερεοειδής όραση, η δομημένη απεικόνιση φωτός και οι τεχνολογίες ToF έχουν ο καθένας τα δικά τους πλεονεκτήματα μεταξύ τους, οι κάμερες ToF ξεχωρίζουν για την ικανότητά τους να παρέχουν άμεσες, ακριβείς και κλιμακω Αυτό τα καθιστά ιδανικά για εφαρμογές όπου η ταχύτητα, η ακρίβεια και η αξιοπιστία είναι κρίσιμες.

Με πάνω από μια δεκαετία εμπειρίας στην βιομηχανία στην προμήθεια και την εξατομίκευσηΚαμερές OEMΗ Sinoseen μπορεί να σας προσφέρει τις πιο εξειδικευμένες λύσεις απεικόνισης για το μοντέλο της κάμερας σας. Είτε είναι MIPI, USB, dvp ή MIPI csi-2 διεπαφή, Sinoseen έχει πάντα μια λύση για την ικανοποίησή σας, παρακαλώ, μη διστάσετε να επικοινωνήσετε μαζί μας αν χρειάζεστε κάτι.