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

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.

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.

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.

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.