het verschil tussen de tijd van vlucht (tof) en andere 3d-diepte-mappingcamera's

Het vermogen om de 3D-wereld waar te nemen en ermee te interageren wordt steeds belangrijker in het huidige technologische landschap, en een van de meest veelbelovende technologieën is Time-of-Flight (ToF) technologie. Dit is een doorbraakoplossing voor 3D-dieptekaartvorming die steeds populairder wordt in niet-mobiele gebieden zoals industriële automatisering en detailhandel. Hoewel het ToF-concept sinds de jaren '90 bestaat, samen met vergrendelende CCD-technologie, is het pas in de afgelopen jaren langzaam volwassen geworden om te voldoen aan de strenge eisen van de professionele markt.

In deze post zullen we een diepgaande blik werpen op waarom ToF-camera's steeds populairder worden voor 3D-dieptekaartvorming, en hoe ze verschillen van andere 3D-beeldvormingstechnologieën zoals stereovisiebeeldvorming en gestructureerde lichtbeeldvorming.

Wat is 3D-dieptekaartvorming?

3D dieptemapping, kan ook dieptesensing of 3D mapping worden genoemd. Het is een geavanceerde technologie die een 3D-weergave van een ruimte of object creëert door nauwkeurig de afstand tussen de sensor en verschillende punten in de omgeving te meten. Het doorbreekt de beperkingen van traditionele 2D cameragegevens en is cruciaal voor toepassingen die nauwkeurige ruimtelijke waarneming en realtime besluitvormingscapaciteiten vereisen.

in de kern ervan,3D dieptemappinghoudt in dat een lichtbron op een object wordt geprojecteerd en vervolgens een camera of sensor wordt gebruikt om het gereflecteerde licht vast te leggen. De vastgelegde gegevens worden geanalyseerd om de tijdsvertraging of patroonafwijking van het gereflecteerde licht te bepalen om een dieptekaart te genereren. In eenvoudige termen is een dieptekaart een digitale blauwdruk die de relatieve afstand tussen elk scène-element en de sensor beschrijft. 3D dieptemapping is het verschil tussen een statisch beeld en een dynamische interactieve wereld.

Wat is stereovisietechnologie?

Stereo vision technologie is geïnspireerd op het vermogen van het menselijk oog om diepte waar te nemen door middel van binoculaire visie. De technologie maakt gebruik van het concept van stereo parallax om het visuele systeem van het menselijk oog na te bootsen, waarbij elke camera zijn gezichtsveld vastlegt en vervolgens deze verschillende beelden gebruikt om de afstanden van objecten in een scène te berekenen. Stereo parallax is het verschil in de positie van het beeld van een object dat door het linkeroog en het rechteroog wordt gezien. En het proces waarbij de hersenen diepte-informatie extraheren uit een 2D-retinale afbeelding door middel van binoculaire parallax wordt stereopsis genoemd.

Stereo vision camera's gebruiken deze technologie. Ze vangen twee aparte beelden vanuit verschillende gezichtspunten (vergelijkbaar met het menselijk oog) en correleren deze beelden vervolgens computationeel om de afstanden tot objecten te bepalen. Dieptekaarten worden geconstrueerd door de overeenkomstige kenmerken in de twee beelden te herkennen en de horizontale verschuiving of parallax tussen deze kenmerken te meten. Een belangrijk punt om op te merken is dat hoe groter de parallax, hoe dichter het object bij de waarnemer is.

Hoe werkt een stereo vision camera?

Stereo vision camera's imiteren de techniek van het menselijk oog, dat diepte waarneemt door middel van de geometrie van triangulatie, waarbij er verschillende belangrijke attributen zijn om rekening mee te houden:

• Basislijn: de afstand tussen de twee camera's, vergelijkbaar met de pupilafstand van het menselijk oog (~50-75 mm, pupillaire afstand).
• Resolutie: evenredig met diepte. Hogere resolutie sensoren bieden meer pixels om parallax te analyseren, wat zorgt voor nauwkeurigere diepteberekeningen.
• Brandpuntsafstand: Brandpuntsafstand is evenredig aan de scherptediepte. Het beïnvloedt het dieptebereik en het gezichtsveld, korte brandpuntsafstand, breed gezichtsveld, maar slechte dieptewaarneming van het nabijgelegen veld;brandpuntsafstandis hoog, het gezichtsveld is groot, de meer gedetailleerde observatie van objecten in het nabijgelegen veld.

Stereo vision camera's zijn bijzonder geschikt voor buitentoepassingen die een groot gezichtsveld vereisen, zoals automatische navigatiesystemen en 3D-reconstructie. Natuurlijk vereist de technologie dat het vastgelegde beeld voldoende detail en textuur of inhomogeniteit heeft. We kunnen deze texturen en details ook verbeteren door de scène te verlichten met gestructureerde verlichting om de detectie van kenmerken te verbeteren en de kwaliteit van de dieptekaart te verbeteren.

Wat is gestructureerde lichtbeeldvorming?

Gestructureerde lichtbeeldvorming is een geavanceerde 3D-dieptekaartmethode die een lichtbron gebruikt om een patroon op een oppervlak te projecteren en vervolgens de vervorming van dat patroon vastlegt terwijl het interactie heeft met de 3D-geometrie van het object. Deze techniek maakt nauwkeurige meting van de afmetingen van een object en reconstructie van zijn 3D-vorm mogelijk.

In 3D-beeldvorming gebruiken gestructureerde lichtcamera's een lichtbron zoals een laser of LED om een patroon (meestal een raster of reeks strepen) te projecteren. Het doel van het patroon is om de mogelijkheid van de camera te verbeteren om veranderingen in het oppervlak dat het verlicht te herkennen en te meten. Wanneer het patroon het oppervlak van een object verlicht, vervormt het volgens de vorm en ruimtelijke eigenschappen van het object. Decamera-modulekan deze vervormde patronen vanuit verschillende hoeken ten opzichte van de lichtbron vastleggen.

Hoe werkt een gestructureerde lichtcamera?

De beeldvorming met gestructureerde lichtcamera's omvat verschillende stappen, die hieronder kort worden samengevat:

• Patroonprojectie: Een speciaal ontworpen lichtpatroon wordt op een object geprojecteerd, dat vervolgens wordt vervormd om 3D-mapping te bereiken op basis van de contouren van het object.
• Beeldvastlegging: Het vervormde patroon wordt door de camera vastgelegd en de veranderingen in het patroon worden vanuit een bepaalde hoek waargenomen. De diepte van het object wordt afgeleid door het bekende geprojecteerde lichtpatroon te vergelijken met de lichtinteractie met het 3D-oppervlak van het object.
• Triangulatie: De camera gebruikt het bekende geprojecteerde patroon en het vastgelegde beeld om de diepte van het object te berekenen door triangulatie om een gedetailleerde 3D-kaart te maken.

De nauwkeurigheid en resolutie van gestructureerde lichtbeeldvorming worden beïnvloed door factoren zoals de kwaliteit van de lichtbron, de complexiteit van het patroon en het vermogen van de camera om details te resolven. Deze techniek is bijzonder effectief in omgevingen waar de verlichting gecontroleerd is en de oppervlaktekenmerken van het object duidelijk zichtbaar zijn.

Wat is Time-of-Flight beeldvorming?

Time-of-Flight (ToF) imaging is al behandeld in een speciaal artikel. Time-of-Flight (ToF) imaging is een technologie met hoge nauwkeurigheid en realtime prestaties, en is de voorkeursoplossing voor 3D-dieptekaartvorming vandaag de dag. In het hart van de ToF-technologie bevindt zich de lichtbron, die de tijd meet die het lichtsignaal nodig heeft om van de camera te propagateren, van het object te reflecteren en terug te keren naar de sensor, waardoor de afstand tot het object met verbazingwekkende nauwkeurigheid kan worden berekend. Geïnteresseerden kunnen verwijzen naar het vorige artikel voor een diepgaande kijk op de principes van ToF-technologie, evenals de voordelen en tekortkomingen ervan.

Stereo Vision vs. Gestructureerd Licht vs. Time-of-Flight (ToF) Imaging

Wanneer het gaat om 3D-imaging, hangt de keuze tussen stereovisie, gestructureerde lichtbeeldvorming en tijd-van-vlucht (ToF) technieken meestal af van de specifieke vereisten van de toepassing. Elke benadering heeft zijn eigen voordelen en beperkingen, die we in detail zullen verkennen om u te helpen begrijpen waarom ToF-camera's steeds meer worden erkend als de voorkeurskeuze voor veel 3D-mappingtoepassingen.

Waarom is een tijd-van-vlucht (ToF) camera een betere keuze voor 3D-mapping?

Nauwkeurigheid is cruciaal voor 3D-mappingtechnologie. Boven hebben we geleerd wat 3D-dieptebeeldvorming is, evenals informatie over tijd-van-vlucht (ToF), gestructureerd licht en stereovisie. Laten we kort samenvatten waarom tijd-van-vlucht (ToF) beter geschikt is voor 3D-mapping.

• Directe Dieptemeting:ToF-camera's kunnen diepte direct meten, wat de vereisten voor gegevensverwerking vereenvoudigt in vergelijking met stereovisie of gestructureerde lichtsystemen die afhankelijk zijn van complexe algoritmen om diepte te berekenen op basis van beeldparallax of patroonvervorming.
• Hoge Nauwkeurigheid en Uitbreidbaarheid:Het bieden van hoge nauwkeurigheidsmetingen tot mm tot cm, gecombineerd met een uitbreidbaar dieptebereik, maakt de ToF-camera goed geschikt voor precisie metingen op verschillende afstanden.
• Softwarecomplexiteit:Dieptedata van ToF-camera's worden direct gegenereerd door de sensor, waardoor de behoefte aan algoritmen vermindert. Verbeterde efficiëntie van gegevensverwerking en snellere implementatie.
• Betere prestaties bij weinig licht:In vergelijking met stereovisie die afhankelijk is van een lichtbron, presteren Tof-camera's beter in omstandigheden met weinig licht dankzij een actieve en betrouwbare lichtbron.
• Compact en energiezuinig ontwerp:In tegenstelling tot andere sensoren zijn Tof-camera's compacter en verbruiken ze minder energie. Ideaal voor draagbare of op batterijen werkende apparaten.
• realtime gegevensverwerking:De Tof-camera legt dieptegegevens zeer snel vast en verwerkt deze, waardoor het ideaal is voor real-time toepassingen zoals robotica.

Welke toepassingen hebben tijd-van-vlucht camera's nodig?

Autonome Mobiele Robots (AMR):De Tof-camera biedt real-time afstandsmeting en obstakeldetectie, waardoor AMR de flexibiliteit heeft om te navigeren in complexe buiten- en binnenomgevingen. Helpt bij padplanning en botsingspreventie, wat de autonomie en betrouwbaarheid van de robot verbetert.

Geautomatiseerde Geleide Voertuigen (AGV's):In magazijn- en productieomgevingen zorgen AGV's uitgerust met ToF-camera's voor betrouwbare navigatie en nauwkeurige materiaalverwerking. De dieptegegevens die door deze camera's worden geleverd, ondersteunen geavanceerde padvindalgoritmen om de logistiek te optimaliseren en menselijke tussenkomst te verminderen.

Op gezichtsherkenning gebaseerde anti-spoofing apparaten:ToF-camera's in augmented gezichtsherkenningssystemen voorkomen ongeautoriseerde toegang door gezichtsherkenning spoofing te analyseren met diepgaande gegevens die kunnen onderscheiden tussen een echt gezicht en een poging om het te repliceren (bijv. een masker of foto).

Conclusies

Door dit artikel is het duidelijk te zien welke belangrijke rol time-of-flight (ToF) camera's spelen op het gebied van 3D-beelden. De voordelen van ToF-camera's benadrukken ook hun potentieel om industrieën te revolutioneren die afhankelijk zijn van nauwkeurige ruimtelijke gegevens.
Terwijl stereovisie, gestructureerde lichtbeeldvorming en ToF-technologieën elk hun eigen voordelen hebben, springen ToF-camera's eruit vanwege hun vermogen om directe, nauwkeurige en schaalbare dieptemetingen te bieden met relatief lage softwarecomplexiteit. Dit maakt ze ideaal voor toepassingen waar snelheid, nauwkeurigheid en betrouwbaarheid cruciaal zijn.

Met meer dan een decennium aan ervaring in de industrie in het leveren en aanpassenvan OEM-camera'skan Sinoseen u de meest gespecialiseerde beeldoplossingen voor uw cameramodule bieden. Of het nu gaat om MIPI, USB, dvp of MIPI csi-2 interface, Sinoseen heeft altijd een oplossing voor uw tevredenheid, neem gerust contact met ons op als u iets nodig heeft.