Het verschil tussen time of flight (ToF) en andere 3D-dieptekaartcamera's

Het vermogen om de 3D-wereld te voelen en ermee te interageren wordt steeds belangrijker in het huidige technologielandschap, en een van de meest veelbelovende is Time-of-Flight (ToF)-technologie. Dit is een baanbrekende oplossing voor het in kaart brengen van 3D-dieptes die aan populariteit wint in niet-mobiele gebieden zoals industriële automatisering en detailhandel. Hoewel het ToF-concept al sinds de jaren 1990 bestaat, samen met de locking CCD-technologie, is het pas de laatste jaren langzaam volwassen geworden om aan de strenge eisen van de professionele markt te voldoen.

In dit bericht gaan we dieper in op waarom ToF-camera's steeds populairder worden voor 3D-dieptemapping en hoe ze verschillen van andere 3D-beeldvormingstechnologieën zoals stereobeeldvorming en gestructureerde lichtbeeldvorming.

Wat is 3D-dieptemapping?

3D depth mapping, kan ook wel dieptedetectie of 3D-mapping worden genoemd. Het is een geavanceerde technologie die een 3D-weergave van een ruimte of object creëert door de afstand tussen de sensor en verschillende punten in de omgeving nauwkeurig te meten. Het doorbreekt de beperkingen van traditionele 2D-cameragegevens en is van cruciaal belang voor toepassingen die nauwkeurige ruimtelijke perceptie en real-time besluitvormingsmogelijkheden vereisen.

In de kern3D diepte mappingomvat het projecteren van een lichtbron op een object en vervolgens een camera of sensor gebruiken om het gereflecteerde licht op te vangen. De vastgelegde gegevens worden geanalyseerd om de tijdvertraging of patroonafwijking van het gereflecteerde licht te bepalen om een dieptekaart te genereren. In lekentaal is een dieptekaart een digitale blauwdruk die de relatieve afstand tussen elk scène-element beschrijft en de sensor.3D dieptemapping het verschil is tussen een statisch beeld en een dynamische interactieve wereld.

Wat is stereo vision-technologie?

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

Stereovisiecamera's maken gebruik van deze technologie. Ze leggen twee afzonderlijke afbeeldingen vast vanuit verschillende gezichtspunten (vergelijkbaar met het menselijk oog) en correleren deze afbeeldingen vervolgens computationeel om de afstanden tot objecten te bepalen. Dieptekaarten worden geconstrueerd door de overeenkomstige kenmerken in de twee afbeeldingen te herkennen en de horizontale verplaatsing of parallax tussen deze kenmerken te meten. Een ding om op te merken is dat hoe groter de parallax, hoe dichter het object bij de waarnemer is.

Hoe werkt een stereo vision camera?

Stereovisiecamera's bootsen de techniek van het menselijk oog na, dat diepte waarneemt door de geometrie van triangulatie, waarbij er verschillende belangrijke kenmerken zijn waarmee rekening moet worden gehouden:

• Basislijn: de afstand tussen de twee camera's, vergelijkbaar met de afstand tussen de menselijke pupillen (~50-75 mm, pupilafstand).
• Resolutie: evenredig met de diepte. Sensoren met een hogere resolutie bieden meer pixels om parallax te analyseren, waardoor nauwkeurigere diepteberekeningen mogelijk zijn.
• Brandpuntsafstand: De brandpuntsafstand is evenredig met de scherptediepte. Invloed op het dieptebereik en het gezichtsveld, korte brandpuntsafstand, breed gezichtsveld, maar slechte dieptewaarneming van het nabije veld;brandpuntsafstandis hoog, het gezichtsveld is groot, de meer gedetailleerde waarneming van objecten in het nabije veld.

Stereovisiecamera's zijn met name 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 moet hebben. We kunnen deze texturen en details ook verbeteren door de scène te verlichten met gestructureerde verlichting om de functiedetectie 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 in wisselwerking staat met de 3D-geometrie van het object. Deze techniek maakt het mogelijk om de afmetingen van een object nauwkeurig te meten en de 3D-vorm te reconstrueren.

Bij 3D-beeldvorming gebruiken camera's met gestructureerd licht een lichtbron zoals een laser of LED om een patroon te projecteren (meestal een raster of een reeks strepen). Het doel van het patroon is om het vermogen 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 onder verschillende hoeken ten opzichte van de lichtbron vastleggen.

Hoe werkt een camera met gestructureerd licht?

Beeldvorming van camera's met gestructureerd licht 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.
• Beeldopname: Het vervormde patroon wordt vastgelegd door de camera en de veranderingen in het patroon worden onder een bepaalde hoek waargenomen. De diepte van het object wordt afgeleid door het bekende geprojecteerde lichtpatroon en de lichtinteractie met het 3D-oppervlak van het object te vergelijken.
• Triangulatie: De camera gebruikt het bekende geprojecteerde patroon en het vastgelegde beeld om de diepte van het object te berekenen door middel van triangulatie om een gedetailleerde 3D-kaart te maken.

De nauwkeurigheid en resolutie van beeldvorming met gestructureerd licht wordt beïnvloed door factoren zoals de kwaliteit van de lichtbron, de complexiteit van het patroon en het vermogen van de camera om details op te lossen. Deze techniek is vooral effectief in omgevingen waar de verlichting wordt gecontroleerd en de oppervlaktekenmerken van het object duidelijk zichtbaar zijn.

Wat is Time-of-Flight Imaging?

Time-of-Flight (ToF) beeldvorming is al behandeld in een speciaal artikel. Time-of-Flight (ToF) beeldvorming is een technologie met hoge nauwkeurigheid en real-time prestaties, en is tegenwoordig de voorkeursoplossing voor 3D-dieptekaarten. het hart van de ToF-technologie is de lichtbron, die de tijd meet die nodig is om het lichtsignaal van de camera te verspreiden, te weerkaatsen op het object en terug te keren naar de sensor, waardoor de afstand tot het object met verbazingwekkende nauwkeurigheid kan worden berekend. Geïnteresseerde partijen kunnen het vorige artikel raadplegen voor een diepgaande blik op de principes van ToF-technologie en de voordelen en tekortkomingen ervan.

Stereovisie versus gestructureerd licht versus Time-of-Flight (ToF)-beeldvorming

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

Waarom is een time-of-flight (ToF) camera een betere keuze voor 3D-mapping?

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

• Directe dieptemeting:ToF-camera's kunnen de diepte rechtstreeks meten, waardoor de gegevensverwerkingsvereisten worden vereenvoudigd 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 leveren van zeer nauwkeurige metingen tot mm tot cm, gecombineerd met een uitbreidbaar dieptebereik, maakt de ToF-camera zeer geschikt voor precisiemetingen op verschillende afstanden.
• Complexiteit van de software:ToF-cameradieptegegevens worden rechtstreeks vanuit de sensor gegenereerd, waardoor er minder algoritmen nodig zijn. Verbeterde efficiëntie van de gegevensverwerking en snellere implementatie.
• Betere prestaties bij weinig licht:Vergeleken met stereozicht dat afhankelijk is van een lichtbron, presteren Tof-camera's beter bij 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 stroom. Ideaal voor draagbare apparaten of apparaten die op batterijen werken.
• Real-time gegevensverwerking:De Tof-camera legt dieptegegevens zeer snel vast en verwerkt, waardoor hij ideaal is voor real-time toepassingen zoals robotica.

Welke toepassingen hebben time-of-flight-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 het plannen van paden en het vermijden van botsingen, waardoor de autonomie en betrouwbaarheid van de robot wordt verbeterd.

Automatisch geleide voertuigen (AGV's):In magazijn- en productieomgevingen zorgen AGV's die zijn uitgerust met ToF-camera's voor betrouwbare navigatie en nauwkeurige materiaalbehandeling. De dieptegegevens die door deze camera's worden geleverd, ondersteunen geavanceerde algoritmen voor het vinden van paden om de logistiek te optimaliseren en menselijke tussenkomst te verminderen.

Op gezichtsherkenning gebaseerde anti-spoofingapparaten:ToF-camera's in verbeterde gezichtsherkenningssystemen voorkomen ongeoorloofde toegang door middel van spoofing van gezichtsherkenning door diepgaande gegevens te analyseren die onderscheid kunnen maken tussen een echt gezicht en een poging om het te repliceren (bijv. een masker of foto).

Conclusie

Door dit artikel is duidelijk de belangrijke rol van time-of-flight (ToF) camera's op het gebied van 3D-beeldvorming te zien. De voordelen van ToF-camera's benadrukken ook hun potentieel om een revolutie teweeg te brengen in industrieën die afhankelijk zijn van nauwkeurige ruimtelijke gegevens.
Hoewel stereovisie, gestructureerde lichtbeeldvorming en ToF-technologieën elk hun eigen verdiensten hebben, vallen ToF-camera's op door hun vermogen om directe, nauwkeurige en schaalbare dieptemetingen te leveren met een relatief lage softwarecomplexiteit. Dit maakt ze ideaal voor toepassingen waar snelheid, nauwkeurigheid en betrouwbaarheid van cruciaal belang zijn.

Met meer dan tien jaar ervaring in de sector in het leveren en aanpassenOEM-camera'skan Sinoseen u voorzien van de meest gespecialiseerde beeldvormingsoplossingen voor uw cameramodule. Of het nu gaat om een 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.