Forskjellen mellom flytid (ToF) og andre 3D-dybdekartleggingskameraer

Evnen til å sanse og samhandle med 3D-verdenen blir stadig viktigere i dagens teknologilandskap, og en av de mest lovende er Time-of-Flight (ToF)-teknologi. Dette er en banebrytende 3D-dybdekartleggingsløsning som blir stadig mer populær i ikke-mobile områder som industriell automasjon og detaljhandel. Selv om ToF-konseptet har eksistert siden 1990-tallet sammen med låsende CCD-teknologi, er det først de siste årene at det sakte har modnet for å møte de strenge kravene til det profesjonelle markedet.

I dette innlegget skal vi ta en grundig titt på hvorfor ToF-kameraer blir mer og mer populære for 3D-dybdekartlegging, og hvordan de skiller seg fra andre 3D-bildeteknologier som stereosynsavbildning og strukturert lysavbildning.

Hva er 3D-dybdekartlegging?

3D-dybdekartlegging, kan også kalles dybdeføling eller 3D-kartlegging. Det er en banebrytende teknologi som skaper en 3D-visningsrepresentasjon av et rom eller objekt ved nøyaktig å måle avstanden mellom sensoren og ulike punkter i miljøet. Den bryter gjennom begrensningene til tradisjonelle 2D-kameradata og er avgjørende for applikasjoner som krever nøyaktig romlig oppfatning og beslutningsmuligheter i sanntid.

I kjernen,3D-dybdekartlegginginnebærer å projisere en lyskilde på et objekt og deretter bruke et kamera eller en sensor for å fange det reflekterte lyset. De fangede dataene analyseres for å bestemme tidsforsinkelsen eller mønsteravviket til det reflekterte lyset for å generere et dybdekart. I lekmannstermer er et dybdekart en digital blåkopi som beskriver den relative avstanden mellom hvert sceneelement og sensor.3D dybdekartlegging er forskjellen mellom et statisk bilde og en dynamisk interaktiv verden.

Hva er stereosynsteknologi?

Stereosynsteknologi er inspirert av det menneskelige øyets evne til å oppfatte dybde gjennom kikkertsyn. Teknologien bruker konseptet stereoparallakse for å etterligne det menneskelige øyets visuelle system, der hvert kamera registrerer synsfeltet og deretter bruker disse forskjellige bildene til å beregne avstandene til objekter i en scene. Stereoparallakse er forskjellen i posisjonen til et objekts bilde sett av venstre øye og høyre øye. Og prosessen der hjernen trekker ut dybdeinformasjon fra et 2D-netthinnebilde gjennom kikkertparallakse kalles stereopsis.

Stereokameraer bruker nettopp denne teknologien. De tar to separate bilder fra forskjellige synspunkter (ligner på det menneskelige øyet) og korrelerer deretter disse bildene beregningsmessig for å bestemme objektavstander. Dybdekart konstrueres ved å gjenkjenne de tilsvarende funksjonene i de to bildene og måle den horisontale forskyvningen eller parallaksen mellom disse funksjonene. En ting å merke seg er at jo større parallaksen er, jo nærmere er objektet observatøren.

Hvordan fungerer et stereosynskamera?

Stereosynskameraer etterligner teknikken til det menneskelige øyet, som oppfatter dybde gjennom trianguleringsgeometrien, der det er flere viktige egenskaper å ta hensyn til:

• Grunnlinje: avstanden mellom de to kameraene, lik den menneskelige pupillavstanden (~50-75 mm, pupilleavstand).
• Oppløsning: proporsjonal med dybden. Sensorer med høyere oppløsning gir flere piksler for å analysere parallakse, noe som gir mer nøyaktige dybdeberegninger.
• Brennvidde: Brennvidden er proporsjonal med dybdeskarpheten. Påvirker dybdeområdet og synsfeltet, kort brennvidde, bredt synsfelt, men dårlig dybdeoppfatning av nærfeltet;brennviddeer høyt, synsfeltet er stort, den mer detaljerte observasjonen av objekter i nærfeltet.

Stereokameraer er spesielt egnet for utendørs applikasjoner som krever et stort synsfelt, for eksempel automatiske navigasjonssystemer og 3D-rekonstruksjon. Teknologien krever selvfølgelig at det fangede bildet må ha tilstrekkelig detaljer og tekstur eller inhomogenitet. Vi kan også forbedre disse teksturene og detaljene ved å lyse opp scenen med strukturert belysning for å forbedre funksjonsdeteksjonen og forbedre kvaliteten på dybdekartet.

Hva er strukturert lysavbildning?

Strukturert lysavbildning er en sofistikert 3D-dybdekartleggingsmetode som bruker en lyskilde til å projisere et mønster på en overflate og deretter fanger opp forvrengningen av det mønsteret når det samhandler med 3D-geometrien til objektet. Denne teknikken muliggjør nøyaktig måling av et objekts dimensjoner og rekonstruksjon av dets 3D-form.

I 3D-bildebehandling bruker strukturerte lyskameraer en lyskilde som en laser eller LED for å projisere et mønster (vanligvis et rutenett eller en serie striper). Hensikten med mønsteret er å forbedre kameraets evne til å gjenkjenne og måle endringer i overflaten det belyser. Når mønsteret lyser opp overflaten til et objekt, deformeres det i henhold til formen og romlige egenskapene til objektet. DenKamera modulkan fange opp disse forvrengte mønstrene i forskjellige vinkler til lyskilden.

Hvordan fungerer et kamera med strukturert lys?

Strukturert lyskameraavbildning involverer flere trinn, som kort er oppsummert nedenfor:

• Mønsterprojeksjon: Et spesialdesignet lysmønster projiseres på et objekt, som deretter deformeres for å oppnå 3D-kartlegging basert på objektets konturer.
• Bildeopptak: Det deformerte mønsteret fanges opp av kameraet og endringene i mønsteret observeres i en viss vinkel. Dybden til objektet utledes ved å sammenligne det kjente projiserte lysmønsteret og lysinteraksjonen med 3D-overflaten til objektet.
• Triangulering: Kameraet bruker det kjente projiserte mønsteret og det fangede bildet til å beregne dybden til objektet ved triangulering for å lage et detaljert 3D-kart.

Nøyaktigheten og oppløsningen til strukturert lysavbildning påvirkes av faktorer som kvaliteten på lyskilden, kompleksiteten til mønsteret og kameraets evne til å løse detaljer. Denne teknikken er spesielt effektiv i miljøer der belysningen er kontrollert og overflateegenskapene til objektet er godt synlige.

Hva er time-of-flight imaging?

Time-of-Flight (ToF)-avbildning har allerede blitt dekket i en spesiell artikkel. Time-of-Flight (ToF)-avbildning er en teknologi med høy nøyaktighet og sanntidsytelse, og er den foretrukne løsningen for 3D-dybdekartlegging i dag. i hjertet av ToF-teknologien er lyskilden, som måler tiden det tar for lyssignalet å forplante seg fra kameraet, reflektere fra objektet og returnere til sensoren, slik at avstanden til objektet kan beregnes med utrolig nøyaktighet. Interesserte parter kan referere til forrige artikkel for en grundig titt på prinsippene for ToF-teknologi samt dens fordeler og mangler.

Stereosyn vs. strukturert lys vs. Time-of-Flight (ToF) bildebehandling

Når det gjelder 3D-bildebehandling, avhenger valget mellom stereosyn, strukturert lysavbildning og time-of-flight (ToF)-teknikker vanligvis av de spesifikke kravene til applikasjonen. Hver tilnærming har sine egne fordeler og begrensninger, som vi vil utforske i detalj for å hjelpe deg å forstå hvorfor ToF-kameraer i økende grad blir anerkjent som det foretrukne valget for mange 3D-kartleggingsapplikasjoner.

Hvorfor er et time-of-flight (ToF)-kamera et bedre valg for 3D-kartlegging?

Nøyaktighet er avgjørende for 3D-kartleggingsteknologi. Ovenfor har vi lært hva 3D-dybdeavbildning er, samt informasjon om flytid (ToF), strukturert lys og stereosyn. La oss kort oppsummere hvorfor time-of-flight (ToF) er bedre egnet for 3D-kartlegging.

• Direkte dybdemåling:ToF-kameraer kan måle dybde direkte, noe som forenkler kravene til databehandling sammenlignet med stereosyn eller strukturerte lyssystemer som er avhengige av komplekse algoritmer for å beregne dybde basert på bildeparallakse eller mønsterforvrengning.
• Høy nøyaktighet og utvidelsesmuligheter:ToF-kameraet gir målinger med høy nøyaktighet på opptil mm til cm, kombinert med et utvidbart dybdeområde, noe som gjør det godt egnet for presisjonsmålinger på forskjellige avstander.
• Programvarens kompleksitet:ToF-kameradybdedata genereres direkte fra sensoren, noe som reduserer behovet for algoritmer. Forbedret databehandlingseffektivitet og raskere implementering.
• Bedre ytelse i svakt lys:Sammenlignet med stereosyn som er avhengig av en lyskilde, yter Tof-kameraer bedre under dårlige lysforhold på grunn av en aktiv og pålitelig lyskilde.
• Kompakt og energieffektiv design:I motsetning til andre sensorer er Tof-kameraer mer kompakte og bruker mindre strøm. Ideell for bærbare eller batteridrevne enheter.
• Databehandling i sanntid:Tof-kameraet fanger opp og behandler dybdedata veldig raskt, noe som gjør det ideelt for sanntidsapplikasjoner som robotikk.

Hvilke applikasjoner trenger time-of-flight-kameraer?

Autonome mobile roboter (AMR):Tof-kameraet gir sanntids avstandsmåling og hindringsdeteksjon, noe som gir AMR fleksibiliteten til å navigere i komplekse utendørs og innendørs miljøer. Hjelper med baneplanlegging og kollisjonsunngåelse, noe som forbedrer robotens autonomi og pålitelighet.

Automatiserte veiledede kjøretøy (AGV):I lager- og produksjonsmiljøer sikrer AGV-er utstyrt med ToF-kameraer pålitelig navigasjon og nøyaktig materialhåndtering. Dybdedataene fra disse kameraene støtter avanserte stifinnende algoritmer for å optimalisere logistikken og redusere menneskelig inngripen.

Ansiktsgjenkjenningsbaserte anti-spoofing-enheter:ToF-kameraer i utvidede ansiktsgjenkjenningssystemer forhindrer uautorisert tilgang gjennom ansiktsgjenkjenningsforfalskning ved å analysere dybdedata som kan skille mellom et ekte ansikt og et forsøk på å replikere det (f.eks. en maske eller et bilde).

Konklusjon

Gjennom denne artikkelen er det tydelig å se den viktige rollen til time-of-flight (ToF)-kameraer innen 3D-bildebehandling. Fordelene med ToF-kameraer fremhever også potensialet deres til å revolusjonere bransjer som er avhengige av nøyaktige romlige data.
Mens stereosyn, strukturert lysavbildning og ToF-teknologier hver har sine egne fordeler mellom seg, skiller ToF-kameraer seg ut for sin evne til å gi direkte, nøyaktige og skalerbare dybdemålinger med relativt lav programvarekompleksitet. Dette gjør dem ideelle for bruksområder der hastighet, nøyaktighet og pålitelighet er avgjørende.

Med over ti års bransjeerfaring med å levere og tilpasseOEM-kameraer, Sinoseen kan gi deg de mest spesialiserte bildeløsningene for kameramodulen din. Enten det er MIPI, USB, dvp eller MIPI csi-2 grensesnitt, har Sinoseen alltid en løsning for din tilfredshet, ta gjerne kontakt med oss hvis du trenger noe.