La différence entre les caméras de cartographie de profondeur 3D 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 du temps de vol (ToF). Il s’agit d’une solution révolutionnaire de cartographie de profondeur 3D qui gagne en popularité dans les domaines non mobiles tels que l’automatisation industrielle et le commerce de détail. Bien que le concept ToF existe depuis les années 1990 en même temps que la technologie CCD de verrouillage, ce n’est qu’au cours des 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 par vision stéréoscopique et l’imagerie en lumière structurée.

Qu’est-ce que la cartographie de profondeur 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 permet de créer une représentation 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 de caméra 2D traditionnelles et est essentiel pour les applications qui nécessitent une perception spatiale précise et des capacités de prise de décision en temps réel.

À la base,Cartographie de profondeur 3Dconsiste à projeter une source lumineuse sur un objet, puis à utiliser une caméra ou un capteur pour capturer la lumière réfléchie. Les données capturées sont analysées pour déterminer le retard ou l’écart de motif 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 la scène et la sensor.3D la cartographie de profondeur est la différence entre une image statique et un monde interactif dynamique.

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

La technologie de vision stéréoscopique s’inspire de la capacité de l’œil humain à percevoir la profondeur grâce à la vision binoculaire. La technologie utilise le concept de parallaxe stéréo pour imiter le système visuel de l’œil humain, où chaque caméra enregistre son champ de vision, puis utilise ces différentes images pour calculer les distances des objets dans une scène. La parallaxe stéréo 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 rétinienne 2D par le biais de la parallaxe binoculaire s’appelle la stéréopsie.

Les caméras à vision stéréo utilisent cette même technologie. Ils capturent deux images distinctes à partir de points de vue différents (similaires à l’œil humain), puis corrélent 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 à vision stéréoscopique imitent la technique de l’œil humain, qui perçoit la profondeur à travers la géométrie de la triangulation, où il y a plusieurs attributs clés à prendre en compte :

• Ligne de base : la distance entre les deux caméras, similaire à l’espacement des pupilles humaines (~50-75 mm, distance pupillaire).
• Résolution : proportionnelle à la profondeur. Les capteurs à plus haute résolution fournissent plus de pixels pour analyser la parallaxe, ce qui permet des calculs de profondeur plus précis.
• Distance focale : La distance focale est proportionnelle à la profondeur de champ. Affecter la plage de profondeur et le champ de vision, courte focale de distance, large champ de vision, mais mauvaise perception de la profondeur du champ proche ;Focaleest élevé, le champ de vision est grand, l’observation plus détaillée des objets dans le champ proche.

Les caméras stéréo sont particulièrement adaptées aux applications extérieures qui nécessitent un large 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 ces 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 en lumière structurée ?

L’imagerie à lumière structurée est une méthode sophistiquée de cartographie de la profondeur 3D 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 reconstituer sa forme 3D.

En 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 l’appareil photo à reconnaître et à mesurer les changements dans la surface qu’il 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 à 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 réaliser un mapping 3D basé 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 sous un certain angle. La profondeur de l’objet est déduite en comparant le motif de lumière projeté connu et l’interaction de la lumière avec la surface 3D de l’objet.
• Triangulation : la caméra 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 à 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 où les caractéristiques de surface de l’objet sont clairement visibles.

Qu’est-ce que l’imagerie en temps de vol ?

L’imagerie à temps de vol (ToF) a déjà fait l’objet d’un article spécial. L’imagerie à temps de vol (ToF) est une technologie d’une grande précision et de performances en temps réel, et constitue aujourd’hui la solution privilégiée pour la cartographie 3D de la profondeur. au cœur de la technologie ToF se trouve la source lumineuse, qui mesure le temps nécessaire pour que le signal lumineux se propage de la caméra, se réfléchisse sur l’objet et revienne au capteur, ce qui permet de calculer la distance par rapport à l’objet avec une précision étonnante. 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 stéréoscopique, lumière structurée et imagerie à temps de vol (ToF)

Lorsqu’il s’agit d’imagerie 3D, le choix entre la vision stéréoscopique, l’imagerie en lumière structurée et les techniques de temps de vol (ToF) dépend généralement des exigences spécifiques de l’application. Chaque approche a 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 le mappage 3D ?

La précision est essentielle à la technologie de cartographie 3D. Ci-dessus, nous avons appris ce qu’est l’imagerie 3D en profondeur, 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 ainsi les exigences de traitement des données par rapport aux systèmes de vision stéréoscopique ou de lumière structurée qui s’appuient 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 évolutivité :Grâce à des mesures de haute précision allant jusqu’au millimètre ou au centimètre, combinées à une plage de profondeur extensible, la caméra ToF est bien adaptée aux mesures de précision à différentes distances.
• Complexité logicielle :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 accélération de la mise en œuvre.
• Meilleures performances en basse lumière :Par rapport 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 économe en énergie :Contrairement à d’autres capteurs, les caméras Tof sont plus compactes et consomment moins d’énergie. Idéal pour les appareils portables ou alimentés par batterie.
• Traitement des données en temps réel :La caméra Tof capture et traite les données de profondeur très rapidement, ce qui la rend idéale pour les applications en temps réel telles que la robotique.

Quelles applications nécessitent des caméras à temps de vol ?

Robots mobiles autonomes (AMR) :La caméra Tof fournit une mesure de distance en temps réel et une détection d’obstacles, ce qui donne à AMR la flexibilité nécessaire pour naviguer dans des environnements extérieurs et intérieurs complexes. Aide à la planification des trajectoires et à l’évitement des collisions, améliorant ainsi l’autonomie et la fiabilité des robots.

Véhicules à guidage automatique (AGV) :Dans les entrepôts et les environnements de fabrication, les AGV équipés de caméras ToF assurent une navigation fiable et une manutention précise des matériaux. Les données de profondeur fournies par ces caméras prennent en charge des algorithmes avancés de recherche de chemin afin d’optimiser la logistique et de réduire l’intervention humaine.

Dispositifs anti-usurpation basés sur la reconnaissance faciale :Les caméras ToF des systèmes de reconnaissance faciale augmentée empêchent tout accès non autorisé par usurpation de reconnaissance faciale en analysant des données approfondies qui peuvent différencier un visage réel d’une tentative de reproduction (par exemple, un masque ou une photo).

Conclusion

À travers cet article, il est clair de voir le rôle important des caméras à 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 s’appuient sur des données spatiales précises.
Alors que la vision stéréo, l’imagerie en lumière structurée et les technologies ToF ont chacune leurs propres mérites entre elles, 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 idéaux pour les applications où la vitesse, la précision et la fiabilité sont essentielles.

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