تفاوت زمان پرواز (ToF) و سایر دوربین های نقشه برداری عمق سه بعدی

توانایی حس کردن و تعامل با دنیای سه بعدی در چشم انداز فناوری امروزی به طور فزاینده ای اهمیت پیدا می کند و یکی از امیدوار کننده ترین آنها فناوری زمان پرواز (ToF) است. این یک راه حل نقشه برداری عمق سه بعدی است که در مناطق غیر متحرک مانند اتوماسیون صنعتی و خرده فروشی محبوبیت پیدا می کند. اگرچه مفهوم ToF از دهه 1990 همراه با فناوری قفل CCD وجود داشته است، اما تنها در چند سال گذشته است که به آرامی برای پاسخگویی به نیازهای سختگیرانه بازار حرفه ای بالغ شده است.

در این، نگاهی عمیق به این خواهیم داشت که چرا دوربین های ToF برای نقشه برداری عمق سه بعدی محبوبیت بیشتری پیدا می کنند و تفاوت آنها با سایر فناوری های تصویربرداری سه بعدی مانند تصویربرداری بینایی استریو و تصویربرداری نور ساختار یافته چیست.

نقشه برداری عمق سه بعدی چیست؟

نقشه برداری عمق سه بعدی را می توان سنجش عمق یا نقشه برداری سه بعدی نیز نامید. این یک فناوری پیشرفته است که با اندازه گیری دقیق فاصله بین سنسور و نقاط مختلف محیط، نمای سه بعدی از یک فضا یا شی را ایجاد می کند. این محدودیت های داده های دوربین دو بعدی سنتی را می شکند و برای برنامه هایی که نیاز به درک فضایی دقیق و قابلیت های تصمیم گیری در زمان واقعی دارند، بسیار مهم است.

در هسته آن،نقشه برداری عمق سه بعدیشامل فرافکنی یک منبع نور بر روی یک جسم و سپس استفاده از دوربین یا سنسور برای گرفتن نور منعکس شده است. داده های گرفته شده برای تعیین تأخیر زمانی یا انحراف الگوی نور منعکس شده برای تولید یک نقشه عمق تجزیه و تحلیل می شوند. به زبان عامیانه، نقشه عمق یک طرح دیجیتالی است که فاصله نسبی بین هر عنصر صحنه را توصیف می کند و نقشه برداری عمق sensor.3D تفاوت بین یک تصویر ایستا و یک دنیای تعاملی پویا است.

فناوری بینایی استریو چیست؟

فناوری بینایی استریو از توانایی چشم انسان در درک عمق از طریق دید دوچشمی الهام گرفته شده است. این فناوری از مفهوم اختلاف منظر استریو برای تقلید از سیستم بینایی چشم انسان استفاده می کند، جایی که هر دوربین میدان دید خود را ثبت می کند و سپس از این تصاویر مختلف برای محاسبه فاصله اشیاء در یک صحنه استفاده می کند. اختلاف منظر استریو تفاوت در موقعیت تصویر یک جسم است که توسط چشم چپ و چشم راست دیده می شود. و فرآیندی که طی آن مغز اطلاعات عمق را از یک تصویر شبکیه دو بعدی از طریق اختلاف منظر دوچشمی استخراج می کند، استریوپسیس نامیده می شود.

دوربین های بینایی استریو از این فناوری استفاده می کنند. آنها دو تصویر جداگانه را از دیدگاه های مختلف (شبیه به چشم انسان) می گیرند و سپس این تصاویر را به صورت محاسباتی برای تعیین فاصله جسم مرتبط می کنند. نقشه های عمق با شناسایی ویژگی های متناظر در دو تصویر و اندازه گیری جابجایی افقی یا اختلاف منظر بین این ویژگی ها ساخته می شوند. نکته ای که باید به آن توجه کرد این است که هرچه اختلاف منظر بیشتر باشد، جسم به ناظر نزدیکتر است.

دوربین بینایی استریو چگونه کار می کند؟

دوربین های بینایی استریو از تکنیک چشم انسان تقلید می کنند ، که عمق را از طریق هندسه مثلث سازی درک می کند ، جایی که چندین ویژگی کلیدی وجود دارد که باید در نظر گرفته شود:

• خط پایه: فاصله بین دو دوربین، شبیه به فاصله مردمک چشم انسان (~50-75 میلی متر، فاصله مردمک چشم).
• وضوح: متناسب با عمق. سنسورهای با وضوح بالاتر پیکسل های بیشتری را برای تجزیه و تحلیل اختلاف منظر ارائه می دهند و امکان محاسبات عمق دقیق تر را فراهم می کنند.
• فاصله کانونی: فاصله کانونی متناسب با عمق میدان است. بر محدوده عمق و میدان دید، کانونی کوتاه طول، میدان دید گسترده، اما درک عمق ضعیف میدان نزدیک تأثیر می گذارد.فاصله کانونیزیاد است، میدان دید بزرگ است، مشاهده دقیق تر از اشیاء در میدان نزدیک.

دوربین های بینایی استریو به ویژه برای کاربردهای فضای باز که به میدان دید زیادی نیاز دارند، مانند سیستم های ناوبری خودکار و بازسازی سه بعدی مناسب هستند. البته، این فناوری مستلزم آن است که تصویر گرفته شده باید جزئیات و بافت کافی یا ناهمگنی داشته باشد. همچنین می توانیم این بافت ها و جزئیات را با روشن کردن صحنه با نورپردازی ساختاریافته برای بهبود تشخیص ویژگی ها و بهبود کیفیت نقشه عمق بهبود بخشیم.

تصویربرداری نور ساختار یافته چیست؟

تصویربرداری نور ساختاریافته یک روش پیچیده نقشه برداری عمق سه بعدی است که از یک منبع نور برای نمایش یک الگو بر روی یک سطح استفاده می کند و سپس اعوجاج آن الگو را در حین تعامل با هندسه سه بعدی جسم ثبت می کند. این تکنیک امکان اندازه گیری دقیق ابعاد یک جسم و بازسازی شکل سه بعدی آن را فراهم می کند.

در تصویربرداری سه بعدی، دوربین های نور ساختار یافته از یک منبع نوری مانند لیزر یا LED برای نمایش یک الگو (معمولا یک شبکه یا مجموعه ای از راه راه) استفاده می کنند. هدف از این الگو افزایش توانایی دوربین در تشخیص و اندازه گیری تغییرات در سطحی است که روشن می کند. هنگامی که الگو سطح یک جسم را روشن می کند، با توجه به شکل و ویژگی های فضایی جسم تغییر شکل می دهد. اینماژول دوربینمی تواند این الگوهای تحریف شده را در زوایای مختلف نسبت به منبع نور ثبت کند.

دوربین نور ساختار یافته چگونه کار می کند؟

تصویربرداری دوربین نور ساختار یافته شامل چندین مرحله است که در زیر به طور خلاصه خلاصه می شود:

• طرح الگو: یک الگوی نور با طراحی خاص بر روی یک جسم نمایش داده می شود، که سپس تغییر شکل می دهد تا به نقشه برداری سه بعدی بر اساس خطوط جسم دست یابد.
• ضبط تصویر: الگوی تغییر شکل یافته توسط دوربین گرفته می شود و تغییرات در الگو در زاویه خاصی مشاهده می شود. عمق جسم با مقایسه الگوی نور پیش بینی شده شناخته شده و برهمکنش نور با سطح سه بعدی جسم استنباط می شود.
• مثلث سازی: دوربین از الگوی پیش بینی شده شناخته شده و تصویر گرفته شده برای محاسبه عمق جسم با مثلث بندی برای ایجاد یک نقشه سه بعدی دقیق استفاده می کند.

دقت و وضوح تصویربرداری نور ساختاریافته تحت تأثیر عواملی مانند کیفیت منبع نور، پیچیدگی الگو و توانایی دوربین در حل جزئیات است. این تکنیک به ویژه در محیط هایی که نور کنترل می شود و ویژگی های سطح جسم به وضوح قابل مشاهده است، موثر است.

تصویربرداری زمان پرواز چیست؟

تصویربرداری زمان پرواز (ToF) قبلا در یک مقاله ویژه پوشش داده شده است. تصویربرداری زمان پرواز (ToF) یک فناوری با دقت بالا و عملکرد بلادرنگ است و امروزه راه حل ارجح برای نقشه برداری عمق سه بعدی است. در قلب فناوری ToF منبع نور قرار دارد که زمان لازم برای انتشار سیگنال نور از دوربین، انعکاس از جسم و بازگشت به سنسور را اندازه گیری می کند و اجازه می دهد فاصله تا جسم با دقت شگفت انگیزی محاسبه شود. علاقه مندان می توانند برای نگاهی عمیق به اصول فناوری ToF و همچنین مزایا و کاستی های آن به مقاله قبلی مراجعه کنند.

دید استریو در مقابل نور ساختاری در مقابل تصویربرداری زمان پرواز (ToF)

وقتی صحبت از تصویربرداری سه بعدی به میان می آید، انتخاب بین دید استریو، تصویربرداری نور ساختاریافته و تکنیک های زمان پرواز (ToF) معمولا به نیازهای خاص برنامه بستگی دارد. هر رویکرد مزایا و محدودیت های خاص خود را دارد، که ما به طور مفصل بررسی خواهیم کرد تا به شما کمک کنیم بفهمید که چرا دوربین های ToF به طور فزاینده ای به عنوان انتخاب ارجح برای بسیاری از برنامه های نقشه برداری سه بعدی شناخته می شوند.

چرا دوربین زمان پرواز (ToF) انتخاب بهتری برای نقشه برداری سه بعدی است؟

دقت برای فناوری نقشه برداری سه بعدی بسیار مهم است. در بالا، ما یاد گرفتیم که تصویربرداری عمق سه بعدی چیست و همچنین اطلاعاتی در مورد زمان پرواز (ToF)، نور ساختاریافته و دید استریو یاد گرفتیم. بیایید به طور خلاصه خلاصه کنیم که چرا زمان پرواز (ToF) برای نقشه برداری سه بعدی مناسب تر است.

• اندازه گیری عمق مستقیم:دوربین های ToF می توانند عمق را مستقیما اندازه گیری کنند و نیازهای پردازش داده ها را در مقایسه با دید استریو یا سیستم های نور ساختاریافته که برای محاسبه عمق بر اساس اختلاف منظر تصویر یا اعوجاج الگو به الگوریتم های پیچیده متکی هستند، ساده کنند.
• دقت بالا و قابلیت گسترش:ارائه اندازه گیری های با دقت بالا تا میلی متر تا سانتی متر، همراه با محدوده عمق قابل ارتقا، دوربین ToF را برای اندازه گیری های دقیق در فواصل مختلف مناسب می کند.
• پیچیدگی نرم افزار:داده های عمق دوربین ToF مستقیما از سنسور تولید می شود و نیاز به الگوریتم ها را کاهش می دهد. بهبود کارایی پردازش داده ها و اجرای سریعتر.
• عملکرد بهتر در نور کم:در مقایسه با دید استریو که به منبع نور متکی است، دوربین های Tof به دلیل منبع نور فعال و قابل اعتماد، در شرایط کم نور عملکرد بهتری دارند.
• طراحی جمع و جور و کم مصرف:برخلاف سایر سنسورها، دوربین های Tof جمع و جورتر هستند و انرژی کمتری مصرف می کنند. ایده آل برای دستگاه های قابل حمل یا باتری.
• پردازش داده ها در زمان واقعی:دوربین Tof داده های عمق را خیلی سریع ضبط و پردازش می کند و آن را برای برنامه های بلادرنگ مانند رباتیک ایده آل می کند.

چه برنامه هایی به دوربین های زمان پرواز نیاز دارند؟

ربات های متحرک خودمختار (AMR):دوربین Tof اندازه گیری فاصله و تشخیص موانع را در زمان واقعی فراهم می کند و به AMR انعطاف پذیری برای حرکت در محیط های پیچیده در فضای باز و داخلی را می دهد. به برنامه ریزی مسیر و جلوگیری از برخورد، بهبود استقلال و قابلیت اطمینان ربات کمک می کند.

وسایل نقلیه هدایت شونده خودکار (AGV):در محیط های انبار و تولید، AGV های مجهز به دوربین های ToF، ناوبری قابل اعتماد و جابجایی دقیق مواد را تضمین می کنند. داده های عمق ارائه شده توسط این دوربین ها از الگوریتم های مسیریابی پیشرفته برای بهینه سازی لجستیک و کاهش مداخله انسان پشتیبانی می کند.

دستگاه های ضد جعل مبتنی بر تشخیص چهره:دوربین های ToF در سیستم های تشخیص چهره تقویت شده با تجزیه و تحلیل داده های عمیق که می توانند بین یک چهره واقعی و تلاش برای تکرار آن (به عنوان مثال، ماسک یا عکس) تمایز قائل شوند، از دسترسی غیرمجاز از طریق جعل تشخیص چهره جلوگیری می کنند.

نتیجه

از طریق این مقاله می توان نقش مهم دوربین های زمان پرواز (ToF) را در زمینه تصویربرداری سه بعدی مشاهده کرد. مزایای دوربین های ToF همچنین پتانسیل آنها را برای ایجاد انقلابی در صنایعی که به داده های مکانی دقیق متکی هستند، برجسته می کند.
در حالی که بینایی استریو، تصویربرداری نور ساختاریافته و فناوری های ToF هر کدام شایستگی های خاص خود را دارند، دوربین های ToF به دلیل توانایی خود در ارائه اندازه گیری های عمق مستقیم، دقیق و مقیاس پذیر با پیچیدگی نرم افزاری نسبتا کم متمایز هستند. این آنها را برای کاربردهایی که سرعت، دقت و قابلیت اطمینان بسیار مهم است، ایده آل می کند.

با بیش از یک دهه تجربه صنعت در تامین و سفارشی سازیدوربین های نصب شده، Sinoseen می تواند تخصصی ترین راه حل های تصویربرداری را برای ماژول دوربین شما در اختیار شما قرار دهد. خواه رابط MIPI، USB، dvp یا MIPI csi-2 باشد، Sinoseen همیشه راه حلی برای رضایت شما دارد، لطفا در صورت نیاز با ما تماس بگیرید.