la différence entre le temps de vol et les autres caméras de cartographie de profondeur 3D

La capacité de détecter et d'interagir avec le monde 3D devient de plus en plus importante dans le paysage technologique actuel, et l'une des plus prometteuses est la technologie Time-of-Flight (ToF). Il s'agit d'une solution de cartographie de profondeur 3D révolutionnaire qui gagne en popularité dans des domaines non mobiles tels que l'automatisation industrielle et le commerce de détail. Bien que le concept de ToF existe depuis les années 1990 avec la technologie de verrouillage CCD, ce n'est que ces dernières années qu'il a lentement mûri pour répondre aux exigences strictes du marché professionnel.

Dans cet article, nous allons examiner en profondeur pourquoi les caméras ToF deviennent de plus en plus populaires pour la cartographie de profondeur 3D, et en quoi elles diffèrent des autres technologies d'imagerie 3D telles que l'imagerie de vision stéréo et l'imagerie de lumière structurée.

Qu'est-ce que la cartographie en 3D?

La cartographie de profondeur 3D, peut également être appelée détection de profondeur ou cartographie 3D. Il s'agit d'une technologie de pointe qui crée une représentation visuelle en 3D d'un espace ou d'un objet en mesurant avec précision la distance entre le capteur et divers points de l'environnement. Il dépasse les limites des données des caméras 2D traditionnelles et est essentiel pour les applications nécessitant une perception spatiale précise et des capacités de prise de décision en temps réel.

au cœur de la structure,Cartographie de profondeur 3DIl s'agit de projeter une source lumineuse sur un objet, puis d'utiliser une caméra ou un capteur pour capturer la lumière réfléchie. Les données capturées sont analysées pour déterminer le délai ou l'écart de modèle de la lumière réfléchie afin de générer une carte de profondeur. En termes simples, une carte de profondeur est un plan numérique qui décrit la distance relative entre chaque élément de scène et le capteur.

Qu'est-ce que la technologie de la vision stéréo?

La technologie de la vision stéréo s'inspire de la capacité de l'œil humain à percevoir la profondeur par la vision binoculaire. La technologie utilise le concept de stéréo-parallaxe pour imiter le système visuel de l'œil humain, où chaque caméra enregistre son champ de vision et utilise ensuite ces différentes images pour calculer les distances des objets dans une scène. La stéréo-parallaxe est la différence de position de l'image d'un objet vue par l'œil gauche et l'œil droit. Et le processus par lequel le cerveau extrait des informations de profondeur d'une image retinienne 2D par la parallaxe binoculaire s'appelle stéréopsie.

Les caméras de vision stéréo utilisent cette technologie. Ils capturent deux images distinctes de différents points de vue (similaires à l'œil humain) et corrélent ensuite ces images par calcul pour déterminer les distances des objets. Les cartes de profondeur sont construites en reconnaissant les caractéristiques correspondantes dans les deux images et en mesurant le déplacement horizontal ou la parallaxe entre ces caractéristiques. Une chose à noter est que plus la parallaxe est grande, plus l'objet est proche de l'observateur.

Comment fonctionne une caméra stéréo?

Les caméras de vision stéréo imitent la technique de l'œil humain, qui perçoit la profondeur grâce à la géométrie de la triangulation, où il y a plusieurs attributs clés à prendre en compte:

• L'écart entre les deux caméras est similaire à l'écart entre les pupilles humaines (~50-75 mm, distance pupillaire).
• Résolution: proportionnelle à la profondeur. Des capteurs à résolution plus élevée fournissent plus de pixels pour analyser la parallaxe, permettant des calculs de profondeur plus précis.
• Longueur focale: la longueur focale est proportionnelle à la profondeur de champ. Affecter la portée de profondeur et le champ de vision, courte longueur focale, large champ de vision, mais mauvaise perception de la profondeur du champ proche;distance focaleest élevé, le champ de vision est grand, l'observation plus détaillée des objets dans le champ proche.

Les caméras de vision stéréo conviennent particulièrement aux applications extérieures nécessitant un grand champ de vision, telles que les systèmes de navigation automatique et la reconstruction 3D. Bien sûr, la technologie exige que l'image capturée ait suffisamment de détails et de texture ou d'inhomogénéité. Nous pouvons également améliorer ces textures et détails en éclairant la scène avec un éclairage structuré pour améliorer la détection des caractéristiques et améliorer la qualité de la carte de profondeur.

Qu'est-ce que l'imagerie par lumière structurée?

L'imagerie lumineuse structurée est une méthode de cartographie de profondeur 3D sophistiquée qui utilise une source lumineuse pour projeter un motif sur une surface, puis capture la distorsion de ce motif lorsqu'il interagit avec la géométrie 3D de l'objet. Cette technique permet de mesurer avec précision les dimensions d'un objet et de reconstruire sa forme 3D.

Dans l'imagerie 3D, les caméras à lumière structurée utilisent une source lumineuse telle qu'un laser ou une LED pour projeter un motif (généralement une grille ou une série de bandes). Le but du motif est d'améliorer la capacité de la caméra à reconnaître et à mesurer les changements de surface qu'elle éclaire. Lorsque le motif illumine la surface d'un objet, il se déforme en fonction de la forme et des propriétés spatiales de l'objet. Lemodule de camérapeut capturer ces motifs déformés sous différents angles par rapport à la source lumineuse.

Comment fonctionne une caméra à lumière structurée?

L'imagerie par caméra à lumière structurée implique plusieurs étapes, qui sont brièvement résumées ci-dessous:

• Projection de motifs: Un motif lumineux spécialement conçu est projeté sur un objet, qui est ensuite déformé pour obtenir une cartographie 3D basée sur les contours de l'objet.
• Capture d'image: le motif déformé est capturé par la caméra et les changements dans le motif sont observés à un certain angle. La profondeur de l'objet est déduite en comparant le modèle lumineux projeté connu et l'interaction lumineuse avec la surface 3D de l'objet.
• Triangulation: l'appareil photo utilise le motif projeté connu et l'image capturée pour calculer la profondeur de l'objet par triangulation afin de créer une carte 3D détaillée.

La précision et la résolution de l'imagerie de la lumière structurée sont affectées par des facteurs tels que la qualité de la source lumineuse, la complexité du motif et la capacité de la caméra à résoudre les détails. Cette technique est particulièrement efficace dans les environnements où l'éclairage est contrôlé et les caractéristiques de surface de l'objet sont clairement visibles.

Qu'est-ce que l'imagerie du temps de vol?

L'imagerie en temps de vol (ToF) a déjà été abordée dans un article spécial. L'imagerie en temps de vol (ToF) est une technologie avec une grande précision et des performances en temps réel, et est la solution préférée pour la cartographie de profondeur 3D aujourd'hui. Au cœur de la technologie ToF se trouve la source lumineuse, qui mesure le temps nécessaire pour que le signal lumine Les parties intéressées peuvent se référer à l'article précédent pour un examen approfondi des principes de la technologie ToF ainsi que de ses avantages et de ses lacunes.

Vision stéréo contre lumière structurée contre l'imagerie en temps de vol (ToF)

En ce qui concerne l'imagerie 3D, le choix entre la vision stéréo, l'imagerie par lumière structurée et les techniques de temps de vol (ToF) dépend généralement des exigences spécifiques de l'application. Chaque approche présente ses propres avantages et limites, que nous allons explorer en détail pour vous aider à comprendre pourquoi les caméras ToF sont de plus en plus reconnues comme le choix préféré pour de nombreuses applications de cartographie 3D.

Pourquoi une caméra à temps de vol (ToF) est-elle un meilleur choix pour la cartographie 3D?

La précision est essentielle pour la technologie de cartographie 3D. Ci-dessus, nous avons appris ce qu'est l'imagerie en 3D, ainsi que des informations sur le temps de vol (ToF), la lumière structurée et la vision stéréo. Résumons brièvement pourquoi le temps de vol (ToF) est mieux adapté à la cartographie 3D.

• Mesure directe de la profondeur:Les caméras ToF peuvent mesurer directement la profondeur, simplifiant les exigences de traitement des données par rapport à la vision stéréo ou aux systèmes de lumière structurée qui reposent sur des algorithmes complexes pour calculer la profondeur en fonction de la parallaxe de l'image ou de la distorsion du motif.
• Haute précision et expandabilité:Offrant des mesures de haute précision jusqu'à mm à cm, combinées à une plage de profondeur extensible, la caméra ToF est bien adaptée pour des mesures de précision à différentes distances.
• Complicité du logiciel:Les données de profondeur de la caméra ToF sont générées directement à partir du capteur, ce qui réduit le besoin d'algorithmes. Amélioration de l'efficacité du traitement des données et mise en œuvre plus rapide.
• Meilleures performances en basse luminosité:Comparées à la vision stéréo qui repose sur une source lumineuse, les caméras Tof fonctionnent mieux dans des conditions de faible luminosité en raison d'une source lumineuse active et fiable.
• Conception compacte et écoénergétique:Contrairement aux autres capteurs, les caméras Tof sont plus compactes et consomment moins d'énergie. Idéal pour les appareils portables ou à batterie.
• traitement des données en temps réel:La caméra Tof capture et traite très rapidement les données de profondeur, ce qui la rend idéale pour des applications en temps réel telles que la robotique.

Quelles applications ont besoin de caméras de temps de vol?

Les robots mobiles autonomes (RMO) sont:La caméra Tof permet de mesurer la distance en temps réel et de détecter les obstacles, ce qui donne à l'AMR la flexibilité de naviguer dans des environnements extérieurs et intérieurs complexes. Il aide à planifier le tracé et à éviter les collisions, améliorant l'autonomie et la fiabilité du robot.

Les véhicules à guidage automatisé (VGA) sont:Dans les entrepôts et les environnements de fabrication, les VGA équipés de caméras ToF assurent une navigation fiable et une manipulation précise des matériaux. Les données de profondeur fournies par ces caméras prennent en charge des algorithmes de recherche de chemin avancés pour optimiser la logistique et réduire l'intervention humaine.

Dispositifs anti-spoofing basés sur la reconnaissance faciale:Les caméras ToF dans les systèmes de reconnaissance faciale augmentés empêchent l'accès non autorisé par l'utilisation de la contrefaçon de reconnaissance faciale en analysant des données approfondies qui peuvent faire la différence entre un vrai visage et une tentative de le répliquer (par exemple, un masque ou une photo).

Conclusion

Grâce à cet article, il est clair de voir le rôle important des caméras de temps de vol (ToF) dans le domaine de l'imagerie 3D. Les avantages des caméras ToF mettent également en évidence leur potentiel à révolutionner les industries qui dépendent de données spatiales précises.
Alors que la vision stéréo, l'imagerie par lumière structurée et les technologies ToF ont chacune leurs propres mérites, les caméras ToF se distinguent par leur capacité à fournir des mesures de profondeur directes, précises et évolutives avec une complexité logicielle relativement faible. Cela les rend idéales pour les applications où la vitesse, la précision et la fiabilité sont essentielles.

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