A repülési idő (ToF) és más 3D mélységi térképészeti kamerák közötti különbség

A 3D-s világ érzékelésének és az azzal való interakciónak a képessége egyre fontosabbá válik a mai technológiai környezetben, és az egyik legígéretesebb a Time-of-Flight (ToF) technológia. Ez egy áttörést jelentő 3D mélységtérképezési megoldás, amely egyre népszerűbb a nem mobil területeken, például az ipari automatizálásban és a kiskereskedelemben. Bár a ToF koncepció az 1990-es évek óta létezik a zárható CCD technológiával együtt, csak az utóbbi néhány évben érett meg lassan, hogy megfeleljen a professzionális piac szigorú követelményeinek.

Ebben a bejegyzésben mélyrehatóan megvizsgáljuk, miért válnak egyre népszerűbbé a ToF kamerák a 3D mélységtérképezésben, és miben különböznek más 3D képalkotó technológiáktól, például a sztereó látású képalkotástól és a strukturált fényű képalkotástól.

Mi az a 3D mélységleképezés?

A 3D mélységtérképezés mélységérzékelésnek vagy 3D leképezésnek is nevezhető. Ez egy élvonalbeli technológia, amely egy tér vagy tárgy 3D-s nézetábrázolását hozza létre az érzékelő és a környezet különböző pontjai közötti távolság pontos mérésével. Áttöri a hagyományos 2D-s kameraadatok korlátait, és kritikus fontosságú az olyan alkalmazások számára, amelyek pontos térérzékelést és valós idejű döntéshozatali képességeket igényelnek.

Lényege,3D mélységleképezésmagában foglalja a fényforrás kivetítését egy tárgyra, majd egy kamera vagy érzékelő használatát a visszavert fény rögzítésére. A rögzített adatokat elemzik, hogy meghatározzák a visszavert fény időbeli késleltetését vagy mintaeltérését, hogy mélységtérképet készítsenek. Laikus értelemben a mélységtérkép egy digitális tervrajz, amely leírja az egyes jelenetelemek közötti relatív távolságot, és a sensor.3D mélységtérkép a statikus kép és a dinamikus interaktív világ közötti különbség.

Mi az a sztereó látási technológia?

A sztereó látás technológiáját az emberi szem azon képessége ihlette, hogy binokuláris látással érzékeli a mélységet. A technológia a sztereó parallaxis koncepcióját használja az emberi szem vizuális rendszerének utánzására, ahol minden kamera rögzíti a látómezőjét, majd ezeket a különböző képeket használja a jelenetben lévő tárgyak távolságának kiszámításához. A sztereó parallaxis a bal és a jobb szem által látott tárgykép helyzetének különbsége. És azt a folyamatot, amellyel az agy binokuláris parallaxison keresztül mélységi információt nyer ki egy 2D-s retinaképből, sztereopszisnek nevezik.

A sztereó kamerák pontosan ezt a technológiát használják. Két különálló képet készítenek különböző nézőpontokból (hasonlóan az emberi szemhez), majd számítógépes korrelációval korrelálják ezeket a képeket az objektumok távolságának meghatározásához. A mélységtérképek úgy készülnek, hogy felismerik a két kép megfelelő jellemzőit, és megmérik a vízszintes elmozdulást vagy parallaxist ezek között. Egy dolgot meg kell jegyezni, hogy minél nagyobb a parallaxis, annál közelebb van az objektum a megfigyelőhöz.

Hogyan működik a sztereó kamera?

A sztereó kamerák utánozzák az emberi szem technikáját, amely a mélységet a háromszögelés geometriáján keresztül érzékeli, ahol számos kulcsfontosságú tulajdonságot kell figyelembe venni:

• Alapvonal: a két kamera közötti távolság, hasonlóan az emberi pupilla távolságához (~50-75 mm, pupillatávolság).
• Felbontás: arányos a mélységgel. A nagyobb felbontású érzékelők több pixelt biztosítanak a parallaxis elemzéséhez, lehetővé téve a pontosabb mélységszámításokat.
• Gyújtótávolság: A gyújtótávolság arányos a mélységélességgel. Befolyásolja a mélységtartományt és a látómezőt, a rövid hosszúságot, a széles látómezőt, de a közeli mező gyenge mélységérzékelését;gyújtótávolságmagas, a látómező nagy, a közeli mezőben lévő objektumok részletesebb megfigyelése.

A sztereó kamerák különösen alkalmasak olyan kültéri alkalmazásokhoz, amelyek nagy látómezőt igényelnek, mint például az automatikus navigációs rendszerek és a 3D rekonstrukció. Természetesen a technológia megköveteli, hogy a rögzített kép elegendő részletességgel és textúrával vagy inhomogenitással rendelkezzen. Ezeket a textúrákat és részleteket úgy is javíthatjuk, hogy strukturált megvilágítással világítjuk meg a jelenetet, hogy javítsuk a funkciók észlelését és javítsuk a mélységi térkép minőségét.

Mi az a strukturált fényképalkotás?

A strukturált fényű képalkotás egy kifinomult 3D mélységleképezési módszer, amely fényforrás segítségével vetít mintát egy felületre, majd rögzíti a minta torzulását, amikor kölcsönhatásba lép az objektum 3D geometriájával. Ez a technika lehetővé teszi az objektum méreteinek pontos mérését és 3D alakjának rekonstrukcióját.

A 3D képalkotás során a strukturált fényű kamerák fényforrást, például lézert vagy LED-et használnak egy minta (általában rács vagy csíkok sorozata) kivetítésére. A minta célja, hogy fokozza a kamera azon képességét, hogy felismerje és mérje a megvilágított felület változásait. Amikor a minta megvilágítja egy objektum felületét, az objektum alakjának és térbeli tulajdonságainak megfelelően deformálódik. Akamera modulezeket a torz mintákat a fényforráshoz képest különböző szögekben képes rögzíteni.

Hogyan működik a strukturált fényű kamera?

A strukturált fényű kamerás képalkotás több lépésből áll, amelyeket az alábbiakban röviden összefoglalunk:

• Mintavetítés: A rendszer egy speciálisan kialakított fénymintát vetít egy objektumra, amelyet ezután deformál, hogy az objektum kontúrjain alapuló 3D leképezést érjen el.
• Képrögzítés: A deformált mintát a kamera rögzíti, és a minta változásait egy bizonyos szögben figyeli meg. Az objektum mélységére az ismert vetített fényminta és az objektum 3D felületével való fénykölcsönhatás összehasonlításával következtethetünk.
• Háromszögelés: A kamera az ismert vetített minta és a rögzített kép segítségével háromszögeléssel kiszámítja az objektum mélységét egy részletes 3D térkép létrehozásához.

A strukturált fényű képalkotás pontosságát és felbontását olyan tényezők befolyásolják, mint a fényforrás minősége, a minta összetettsége és a kamera képessége a részletek felbontására. Ez a technika különösen hatékony olyan környezetben, ahol a világítás szabályozott, és a tárgy felületi jellemzői jól láthatóak.

Mi az a repülési idejű képalkotás?

A Time-of-Flight (ToF) képalkotással már foglalkoztunk egy külön cikkben. A Time-of-Flight (ToF) képalkotás nagy pontosságú és valós idejű teljesítményű technológia, és manapság a 3D mélységtérképezés előnyben részesített megoldása. a ToF technológia lelke a fényforrás, amely méri azt az időt, amely alatt a fényjel elterjed a kamerából, visszaverődik a tárgyról, és visszatér az érzékelőhöz, lehetővé téve a tárgytól való távolság elképesztő pontossággal történő kiszámítását. Az érdekelt felek az előző cikkben részletesen megvizsgálhatják a ToF technológia alapelveit, valamint előnyeit és hiányosságait.

Sztereó látás vs. strukturált fény vs. repülési idő (ToF) képalkotás

A 3D képalkotás esetében a sztereó látás, a strukturált fénykép és a repülési idő (ToF) technikák közötti választás általában az alkalmazás konkrét követelményeitől függ. Minden megközelítésnek megvannak a maga előnyei és korlátai, amelyeket részletesen megvizsgálunk, hogy segítsünk megérteni, miért ismerik el egyre inkább a ToF kamerákat preferált választásként számos 3D térképészeti alkalmazásban.

Miért jobb választás a repülési idő (ToF) kamera a 3D leképezéshez?

A pontosság kritikus fontosságú a 3D térképészeti technológiában. A fentiekben megtudtuk, mi a 3D mélységi képalkotás, valamint információkat a repülési időről (ToF), a strukturált fényről és a sztereó látásról. Röviden összefoglaljuk, hogy a repülési idő (ToF) miért alkalmasabb a 3D leképezéshez.

• Közvetlen mélységmérés:A ToF kamerák közvetlenül mérhetik a mélységet, leegyszerűsítve az adatfeldolgozási követelményeket a sztereó látás vagy strukturált fényrendszerekhez képest, amelyek összetett algoritmusokra támaszkodnak a mélység kiszámításához a kép parallaxisa vagy a minta torzítása alapján.
• Nagy pontosság és bővíthetőség:A nagy pontosságú mérések akár mm-től cm-ig terjedő tartományban, a bővíthető mélységtartománnyal kombinálva a ToF kamera kiválóan alkalmas precíziós mérésekre különböző távolságokon.
• A szoftver összetettsége:A ToF kamera mélységi adatai közvetlenül az érzékelőből származnak, csökkentve az algoritmusok szükségességét. Jobb adatfeldolgozási hatékonyság és gyorsabb megvalósítás.
• Jobb teljesítmény gyenge fényviszonyok között:A fényforrásra támaszkodó sztereó látáshoz képest a Tof kamerák jobban teljesítenek gyenge fényviszonyok között az aktív és megbízható fényforrásnak köszönhetően.
• Kompakt és energiatakarékos kialakítás:Más érzékelőkkel ellentétben a Tof kamerák kompaktabbak és kevesebb energiát fogyasztanak. Ideális hordozható vagy akkumulátorral működő eszközökhöz.
• Valós idejű adatfeldolgozás:A Tof kamera nagyon gyorsan rögzíti és feldolgozza a mélységi adatokat, így ideális valós idejű alkalmazásokhoz, például robotikához.

Milyen alkalmazásokhoz van szükség repülési idejű kamerákra?

Autonóm mobil robotok (AMR):A Tof kamera valós idejű távolságmérést és akadályérzékelést biztosít, így az AMR rugalmasan navigálhat összetett kültéri és beltéri környezetben. Segít az útvonaltervezésben és az ütközések elkerülésében, javítva a robot autonómiáját és megbízhatóságát.

Irányított automatizált járművek (AGV):Raktári és gyártási környezetben a ToF kamerákkal felszerelt AGV-k megbízható navigációt és pontos anyagmozgatást biztosítanak. A kamerák által szolgáltatott mélységi adatok támogatják a fejlett útvonalkereső algoritmusokat a logisztika optimalizálása és az emberi beavatkozás csökkentése érdekében.

Arcfelismerésen alapuló hamisítás elleni eszközök:A kiterjesztett arcfelismerő rendszerekben lévő ToF kamerák megakadályozzák az illetéktelen hozzáférést az arcfelismerés hamisításával azáltal, hogy mélyreható adatokat elemeznek, amelyek képesek megkülönböztetni a valódi arcot és az annak reprodukálására tett kísérletet (pl. maszk vagy fénykép).

Következtetés

Ezen a cikken keresztül világosan látható a time-of-flight (ToF) kamerák fontos szerepe a 3D képalkotás területén. A ToF kamerák előnyei azt is kiemelik, hogy forradalmasíthatják a pontos térbeli adatokra támaszkodó iparágakat.
Míg a sztereó látás, a strukturált fényű képalkotás és a ToF technológiák mindegyikének megvan a maga előnye, a ToF kamerák kiemelkednek azon képességükkel, hogy közvetlen, pontos és skálázható mélységméréseket biztosítanak viszonylag alacsony szoftveres komplexitás mellett. Ez ideálissá teszi őket olyan alkalmazásokhoz, ahol a sebesség, a pontosság és a megbízhatóság kritikus fontosságú.

Több mint egy évtizedes iparági tapasztalattal a szállítás és testreszabás terénOEM kamerák, a Sinoseen a legspeciálisabb képalkotási megoldásokat kínálja a kameramodulhoz. Legyen szó MIPI, USB, dvp vagy MIPI csi-2 interfészről, a Sinoseen mindig kínál megoldást az Ön megelégedésére, kérjük, forduljon hozzánk bizalommal, ha bármire szüksége van.