skilnaden mellom flytid og andre 3D-dypdekamera

Evnen til å sanse og samhandle med den 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 dybdekartlegging løsning som får økende popularitet i ikke-mobile områder som industriell automatisering og detaljhandel. Selv om ToF-konseptet har eksistert siden 1990-tallet sammen med låsing av CCD-teknologi, er det først de siste årene at det sakte har modnet for å møte de strenge kravene fra det profesjonelle markedet.

I dette innlegget vil 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 bildebehandlingsteknologier som stereovisjon og strukturert lys bildebehandling.

Hva er 3D dybdekartlegging?

3D dybdekartlegging, kan også kalles dybdesensing eller 3D kartlegging. Det er en banebrytende teknologi som skaper en 3D visuell representasjon av et rom eller objekt ved å nøyaktig måle avstanden mellom sensoren og ulike punkter i miljøet. Det bryter gjennom begrensningene til tradisjonelle 2D kameradata og er kritisk for applikasjoner som krever nøyaktig romlig oppfatning og sanntids beslutningstaking.

i kjernen av han3D dybdekartlegginginvolverer å projisere en lyskilde på et objekt og deretter bruke et kamera eller sensor for å fange det reflekterte lyset. De innsamlede dataene analyseres for å bestemme tidsforsinkelsen eller mønstreavviket av det reflekterte lyset for å generere et dybdekart. Med enkle ord er et dybdekart en digital blåkopi som beskriver den relative avstanden mellom hvert sceneelement og sensoren. 3D dybdekartlegging er forskjellen mellom et statisk bilde og en dynamisk interaktiv verden.

Hva er stereovisjonsteknologi?

Stereo visjonsteknologi er inspirert av det menneskelige øyets evne til å oppfatte dybde gjennom binokulær visjon. Teknologien utnytter konseptet med stereo parallax for å etterligne det menneskelige øyets visuelle system, der hvert kamera registrerer sitt synsfelt og deretter bruker disse forskjellige bildene for å beregne avstandene til objekter i en scene. Stereo parallax er forskjellen i posisjonen til et objekts bilde sett av venstre øye og høyre øye. Og prosessen der hjernen henter dybdeinformasjon fra et 2D-netthinnebilde gjennom binokulær parallax kalles stereopsis.

Stereo visjonskameraer bruker denne teknologien. De fanger to separate bilder fra forskjellige synsvinkler (likt det menneskelige øyet) og korrelerer deretter disse bildene beregningsmessig for å bestemme objekters avstander. 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 stereo visjonskamera?

Stereo visjonskameraer etterligner teknikken til det menneskelige øyet, som oppfatter dybde gjennom geometrien av triangulering, hvor det er flere viktige attributter å ta hensyn til:

• Basislinje: avstanden mellom de to kameraene, likt avstanden mellom menneskelige pupiller (~50-75 mm, pupillær avstand).
• Oppløsning: proporsjonal med dybde. Høyere oppløsningssensorer gir flere piksler å analysere parallaksen, noe som muliggjør mer nøyaktige dybdeberegninger.
• Brennvidde: Brennvidden er proporsjonal med dybdeskarphet. Påvirker dybdeområdet og synsfeltet, kort brennvidde, bredt synsfelt, men dårlig dybdeoppfatning av nærfeltet;Brennpunktsavstander høy, synsfeltet er stort, mer detaljert observasjon av objekter i nærfeltet.

Stereovisjonskameraer er spesielt egnet for utendørsapplikasjoner som krever et stort synsfelt, som automatiske navigasjonssystemer og 3D-rekonstruksjon. Selvfølgelig krever teknologien at det fangede bildet må ha tilstrekkelig detalj og tekstur eller ujevnhet. Vi kan også forbedre disse teksturene og detaljene ved å belyse scenen med strukturert lys for å forbedre funksjonsdeteksjon og forbedre kvaliteten på dybdekartet.

Hva er strukturert lysavbildning?

Strukturert lysavbildning er en sofistikert 3D dybdekartlegging metode som utnytter en lyskilde til å projisere et mønster på en overflate og deretter fanger opp forvrengningen av dette mønsteret når det interagerer med den 3D geometrien til objektet. Denne teknikken gjør det mulig å nøyaktig måle dimensjonene til et objekt og rekonstruere dets 3D form.

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

Hvordan fungerer et strukturert lyskamera?

Avbildning med strukturert lyskamera involverer flere trinn, som kort oppsummert nedenfor:

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

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

Hva er Time-of-Flight-bildebehandling?

Time-of-Flight (ToF) avbildning har allerede blitt dekket i en spesialartikkel. Time-of-Flight (ToF) avbildning er en teknologi med høy nøyaktighet og sanntidsytelse, og er den foretrukne løsningen for 3D dybdemapping i dag. I hjertet av ToF-teknologien ligger lyskilden, som måler tiden det tar for lysignalet å spre seg fra kameraet, reflektere av objektet, og returnere til sensoren, noe som gjør det mulig å beregne avstanden til objektet med fantastisk nøyaktighet. Interessenter kan referere til den forrige artikkelen for en grundig gjennomgang av prinsippene for ToF-teknologi samt dens fordeler og ulemper.

Stereo Vision vs. Strukturert Lys vs. Time-of-Flight (ToF) Avbildning

Når det gjelder 3D-bildebehandling, avhenger valget mellom stereovisjon, strukturert lysbildebehandling og tidsmålingsteknikker (ToF) 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 med å forstå hvorfor ToF-kameraer i økende grad blir anerkjent som det foretrukne valget for mange 3D-kartleggingsapplikasjoner.

Hvorfor er et tidsmåling (ToF) kamera et bedre valg for 3D-kartlegging?

Nøyaktighet er kritisk for 3D kartleggingsteknologi. Ovenfor har vi lært hva 3D dybdebildebehandling er, samt informasjon om tid-for-flyvning (ToF), strukturert lys og stereovisjon. La oss kort oppsummere hvorfor tid-for-flyvning (ToF) er bedre egnet for 3D kartlegging.

• Direkte dybdemåling:ToF-kameraer kan måle dybde direkte, noe som forenkler databehandlingskravene sammenlignet med stereovisjon eller systemer med strukturert lys som er avhengige av komplekse algoritmer for å beregne dybde basert på bildeparallax eller mønsterforvrengning.
• Høy nøyaktighet og utvidbarhet:Å tilby høy nøyaktighetsmålinger opp til mm til cm, kombinert med et utvidbart dybdeområde, gjør ToF-kameraet godt egnet for presisjonsmålinger på forskjellige avstander.
• Programvarekompleksitet:ToF-kameraets dybdedata genereres direkte fra sensoren, noe som reduserer behovet for algoritmer. Forbedret databehandlings effektivitet og raskere implementering.
• Bedre ytelse i svakt lys:Sammenlignet med stereovisjon som er avhengig av en lyskilde, presterer Tof-kameraer bedre i lavlysforhold 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.
• Sanntidsdatabehandling:Tof-kameraet fanger opp og behandler dybdedata veldig raskt, noe som gjør det ideelt for sanntidsapplikasjoner som robotikk.

Hvilke applikasjoner trenger tid-for-flykt kameraer?

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

Automatiserte guidede kjøretøy (AGV):I lager- og produksjonsmiljøer sikrer AGVer utstyrt med ToF-kameraer pålitelig navigasjon og nøyaktig materialhåndtering. Dypdataene som disse kameraene gir, støtter avanserte ruteplanleggingsalgoritmer for å optimalisere logistikk og redusere menneskelig inngripen.

Ansiktsgjenkjenningsbaserte anti-spoofing-enheter:ToF-kameraer i utvidede ansiktsgjenkjenningssystemer forhindrer uautorisert tilgang gjennom ansiktsgjenkjenningsspoofing ved å analysere dybdata 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 klart å se den viktige rollen til tid-til-flytime (ToF) kameraer innen 3D-bildebehandling. Fordelene med ToF-kameraer fremhever også deres potensial til å revolusjonere industrier som er avhengige av nøyaktige romlige data.
Mens stereovisjon, strukturert lysbildebehandling og ToF-teknologier hver har sine egne fordeler, 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 applikasjoner der hastighet, nøyaktighet og pålitelighet er kritiske.

Med over et tiår med bransjeerfaring innen levering og tilpasningOEM-kameraer, kan Sinoseen gi deg de mest spesialiserte bildebehandlingsløsningene for kameramodulen din. Enten det er MIPI, USB, dvp eller MIPI csi-2 grensesnitt, har Sinoseen alltid en løsning for din tilfredshet, vennligst ikke nøl med å kontakte oss hvis du trenger noe.