Minden kategória
banner

Blogok

kezdőlap >  Blogok

A 'time of flight' (ToF) és más 3D mélységkép-készítő kamerák közötti különbség

Oct 22, 2024

A 3D világ érzékelésének és interakciójának képessége egyre fontosabbá válik a mai technológiai tájban, és az egyik legígéretesebb a Time-of-Flight (ToF) technológia. Ez egy áttörő 3D mélységmérési megoldás, amely egyre népszerűbbé válik a nem mobil területeken, mint például az ipari automatizálás és a kiskereskedelem. Bár a ToF koncepciója már az 1990-es évek óta létezik a CCD technológiával együtt, csak az utolsó néhány évben érte el azt a fokot, hogy megfeleljen a professzionális piac szigorú követelményeinek.

Ebben a bejegyzésben alaposan megvizsgáljuk, miért válnak a ToF kamerák egyre népszerűbbé a 3D mélységmérés terén, és hogyan különböznek más 3D képképző technológiáktól, mint például a sztereó látás és a struktúrált fényképezés.

Mi az a 3D mélységmérés?

A 3D mélységmérés, más néven mélységérzékelés vagy 3D térképezés. Ez egy élvonalbeli technológia, amely 3D nézetet hoz létre egy tér vagy objektum reprezentációjáról azáltal, hogy pontosan méri a távolságot az érzékelő és a környezet különböző pontjai között. Áttöri a hagyományos 2D kameraadatok korlátait, és kulcsfontosságú olyan alkalmazásokhoz, amelyek pontos térbeli érzékelést és valós idejű döntéshozatali képességeket igényelnek.


A lényegében, 3D mélységmérés magában foglalja egy fényforrás objektumra való vetítését, majd egy kamera vagy érzékelő használatát a visszavert fény rögzítésére. A rögzített adatokat elemzik, hogy meghatározzák a visszavert fény időbeli késleltetését vagy mintázateltérését, hogy mélységtérképet generáljanak. Egyszerűbben fogalmazva, a mélységtérkép egy digitális tervrajz, amely leírja a relatív távolságot a jelenet minden elemének és az érzékelőnek a között. A 3D mélységmérés a különbség egy statikus kép és egy dinamikus interaktív világ között.


Mi az a sztereó látás technológia?

A sztereó látás technológia az emberi szem mélységérzékelő képességéből merít inspirációt, amely a binokuláris látáson keresztül valósul meg. A technológia a sztereó parallaxis fogalmát használja, hogy utánozza az emberi szem látórendszerét, ahol minden kamera rögzíti a látómezejét, majd ezeket a különböző képeket felhasználva számolja ki a tárgyak távolságát egy jelenetben. A sztereó parallaxis az a különbség, amely egy tárgy képének pozíciója között van, ahogyan azt a bal és a jobb szem látja. Az a folyamat, amely során az agy a mélységi információt kinyeri egy 2D-s retinális képből a binokuláris parallaxis révén, sztereopszisnak nevezik.

stereo vision technology.jpg


A sztereó látás kamerák ezt a technológiát használják. Két különálló képet rögzítenek különböző nézőpontokból (hasonlóan az emberi szemhez), majd számítógépesen összekorrelálják ezeket a képeket, hogy meghatározzák az objektumok távolságát. Mélységtérképek készülnek azáltal, hogy azonosítják a megfelelő jellemzőket a két képen, és mérik a vízszintes elmozdulást vagy parallaxist ezek között a jellemzők között. Egy dolog, amit érdemes megjegyezni, hogy minél nagyobb a parallax, annál közelebb van az objektum a megfigyelőhöz.


Hogyan működik egy sztereó látás kamera?

A sztereó látás kamerák utánozzák az emberi szem technikáját, amely a mélységet a trianguláció geometriáján keresztül érzékeli, ahol több kulcsfontosságú attribútumot kell figyelembe venni:

  • Alapvonal: a két kamera közötti távolság, hasonlóan az emberi pupillák távolságához (~50-75 mm, pupilláris távolság).
  • Felbontás: arányos a mélységgel. A magasabb felbontású érzékelők több pixelt biztosítanak a parallax elemzéséhez, lehetővé téve a pontosabb mélységszámításokat.
  • Fókusztávolság: A fókusztávolság arányos a mélységélességgel. Befolyásolja a mélységi tartományt és a látómezőt, rövid fókusztávolság, széles látómező, de gyenge mélységérzékelés a közeli térben; Fókusztávolság magas, a látómező nagy, a közeli térben lévő objektumok részletesebb megfigyelése.

A sztereó látású 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 a jelenet struktúrált világítással való megvilágításával is fokozhatjuk, hogy javítsuk a jellemzők észlelését és a mélységtérkép minőségét.


Mi az a struktúrált fényképezés?

A struktúrált fényképezés egy kifinomult 3D mélységmérési módszer, amely fényforrást használ egy minta felületre való vetítésére, majd rögzíti a minta torzulását, ahogy az interakcióba lép az objektum 3D geometriájával. Ez a technika lehetővé teszi egy objektum dimenzióinak pontos mérését és 3D alakjának rekonstrukcióját.


A 3D képkészítés során a struktúrált fénykamerák olyan fényforrást használnak, mint például lézer vagy LED, hogy mintát (általában rácsot vagy csíkok sorozatát) vetítsenek. A minta célja, hogy fokozza a kamera képességét a felületén bekövetkező változások felismerésére és mérésére. Amikor a minta megvilágítja egy objektum felületét, az az objektum alakja és térbeli tulajdonságai szerint deformálódik. A Kamera modul torzult mintákat különböző szögekből lehet rögzíteni a fényforráshoz képest.


Hogyan működik egy struktúrált fénykamera?

A struktúrált fénykamera képkészítése több lépést foglal magában, amelyeket röviden az alábbiakban összefoglalunk:

  • Mintázat vetítés: Egy különlegesen tervezett fénymintázatot vetítenek egy objektumra, amelyet ezután deformálnak, hogy 3D térképezést érjenek el az objektum kontúrjai alapján.
  • Kép rögzítése: A deformált mintázatot a kamera rögzíti, és a mintázat változásait egy bizonyos szögből figyelik meg. Az objektum mélységét a megismert vetített fénymintázat és az objektum 3D felületével való fényinterakció összehasonlításával következtetik ki.
  • Trianguláció: A kamera a megismert vetített mintázatot és a rögzített képet használja az objektum mélységének kiszámítására triangulációval, hogy részletes 3D térképet készítsen.

A strukturált fényképezés pontosságát és felbontását olyan tényezők befolyásolják, mint a fényforrás minősége, a minta összetettsége és a kamera részletek felbontására való képessége. Ez a technika különösen hatékony olyan környezetekben, ahol a világítás kontrollált, és az objektum felületi jellemzői jól láthatóak.


Mi az időrepüléses képalkotás?

A Time-of-Flight (ToF) képalkotás már egy külön cikkben is szerepelt. A Time-of-Flight (ToF) képalkotás egy olyan technológia, amely magas pontossággal és valós idejű teljesítménnyel rendelkezik, és ma a 3D mélységmérés preferált megoldása. A ToF technológia szívében a fényforrás áll, amely méri, mennyi időbe telik, amíg a fényjel a kamerától elindul, visszaverődik az objektumról, és visszatér az érzékelőhöz, lehetővé téve az objektumhoz való távolság hihetetlen pontossággal történő kiszámítását. Az érdeklődők a korábbi cikkre hivatkozhatnak, hogy mélyebb betekintést nyerjenek a ToF technológia elveibe, valamint előnyeibe és hátrányaiba.

Time-of-Flight Imaging.jpg


Stereó látás vs. Strukturált fény vs. Time-of-Flight (ToF) képalkotás

Amikor a 3D képkészítésről van szó, a választás a sztereó látás, a struktúrált fényképezés és az időalapú (ToF) technikák között általában az alkalmazás specifikus követelményeitől függ. Minden megközelítésnek megvannak a saját előnyei és korlátai, amelyeket részletesen megvizsgálunk, hogy segítsünk megérteni, miért ismerik el egyre inkább a ToF kamerákat, mint a sok 3D térképezési alkalmazás preferált választását.

 

SZTEREÓ LÁTÁS

STRUKTÚRÁLT FÉNY

IDŐALAPÚ

Alapelv

Összehasonlítja a sztereó képek eltéréseit két 2D érzékelőtől

Észleli a megvilágított minták torzulásait a 3D felületen

Méri a visszavert fény áthaladási idejét a célobjektumtól

Szoftver Bonyolultság

magas

Közepes

Alacsony

Anyagköltség

Alacsony

magas

Közepes

Mélység (“z”) Pontosság

A CM

um~cm

mm~cm

Mélységi Tartomány

korlátozott

méretezhető

méretezhető

Alacsony fényerősség

Gyenge

kültéri

Gyenge

Igazságos.

Válaszolási idő

Közepes

Lassú

Gyors

Kompaktság

Alacsony

magas

Alacsony

Teljesítményfogyasztás

Alacsony

Közepes

méretezhető


Miért jobb választás egy időalapú (ToF) kamera a 3D térképezéshez?

A pontosság kritikus a 3D térképezési technológia szempontjából. Fent megtanultuk, mi az a 3D mélységképalkotás, valamint információkat a repülési időről (ToF), a strukturált fényről és a sztereó látásról. Röviden összefoglaljuk, miért alkalmasabb a repülési idő (ToF) a 3D térképezéshez.

  • Közvetlen mélységmérés: A ToF kamerák közvetlenül mérik a mélységet, egyszerűsítve az adatfeldolgozási követelményeket a sztereó látás vagy a strukturált fény rendszerekhez képest, amelyek bonyolult algoritmusokra támaszkodnak a mélység kiszámításához a képarány vagy a mintázati torzulás alapján.
  • Magas pontosság és bővíthetőség: A mm-től cm-ig terjedő magas pontosságú mérések biztosítása, kombinálva a bővíthető mélységi tartománnyal, a ToF kamerát jól alkalmassá teszi a precíz mérésekhez különböző távolságokon.
  • Szoftver bonyolultság: A ToF kamera mélységi adatai közvetlenül az érzékelőből származnak, csökkentve az algoritmusok szükségességét. Fejlettebb adatfeldolgozási hatékonyság és gyorsabb megvalósítás.
  • Jobb teljesítmény gyenge fényviszonyok között: A fényforráson alapuló sztereó látással összehasonlítva a Tof kamerák jobban teljesítenek gyenge fényviszonyok között, mivel aktív és megbízható fényforrással rendelkeznek.
  • Kompakt és energiahatékony kialakítás: Más érzékelőkkel ellentétben a Tof kamerák kompaktabbak és kevesebb energiát fogyasztanak. Ideális hordozható vagy akkumulátorról működő eszközökhöz.
  • Valós idejű adatfeldolgozás: A Tof kamera nagyon gyorsan rögzíti és feldolgozza a mélységi adatokat, így ideális valós idejű alkalmazásokhoz, például robotikához.

Milyen alkalmazások igénylik az időalapú kamerákat?

Autonóm Mobil Robotok (AMR): A Tof kamera valós idejű távolságmérést és akadályérzékelést biztosít, lehetővé téve az AMR számára, hogy rugalmasan navigáljon összetett kültéri és beltéri környezetekben. Segít az útvonaltervezésben és az ütközés elkerülésében, javítva a robot autonómiáját és megbízhatóságát.


Automatizált Irányított Járművek (AGV-k): Raktári és gyártási környezetekben a ToF kamerákkal felszerelt AGV-k megbízható navigációt és pontos anyagkezelést biztosítanak. Ezek a kamerák által szolgáltatott mélységi adatok támogatják a fejlett útkereső algoritmusokat a logisztika optimalizálása és az emberi beavatkozás csökkentése érdekében.

Arcfelismerés alapú hamisítvány-ellenes eszközök: A ToF kamerák az augmentált arcfelismerő rendszerekben megakadályozzák a jogosulatlan hozzáférést arcfelismerés hamisítványokkal szemben azáltal, hogy mélyreható adatokat elemeznek, amelyek képesek megkülönböztetni egy valódi arcot egy másolási kísérlettől (pl. maszk vagy fénykép).

Következtetés

Ezen cikk révén világosan látható a time-of-flight (ToF) kamerák fontos szerepe a 3D képképzés területén. A ToF kamerák előnyei egyben kiemelik potenciáljukat is, hogy forradalmasítsák azokat az iparágakat, amelyek pontos térbeli adatokra támaszkodnak.
Míg a sztereó látás, a strukturált fényképezés és a ToF technológiák mindegyikének megvannak a saját előnyei, a ToF kamerák kiemelkednek azzal a képességükkel, hogy közvetlen, pontos és skálázható mélységméréseket nyújtanak viszonylag alacsony szoftverkomplexitással. Ez ideálissá teszi őket olyan alkalmazásokhoz, ahol a sebesség, a pontosság és a megbízhatóság kritikus fontosságú.


Több mint egy évtizedes ipari tapasztalattal a szállítás és testreszabás terén OEM kamerák , a Sinoseen a legspeciálisabb képfeldolgozási megoldásokat tudja nyújtani az Ön kameramoduljához. Legyen szó MIPI, USB, dvp vagy MIPI csi-2 interfészről, a Sinoseen mindig rendelkezik megoldással az Ön elégedettségére, kérjük, ne habozzon kapcsolatba lépni velünk, ha bármire szüksége van.

Related Search

Get in touch