Diferența dintre timpul de zbor (ToF) și alte camere de cartografiere a adâncimii 3D

Capacitatea de a simți și de a interacționa cu lumea 3D devine din ce în ce mai importantă în peisajul tehnologic de astăzi, iar una dintre cele mai promițătoare este tehnologia Time-of-Flight (ToF). Aceasta este o soluție revoluționară de cartografiere a adâncimii 3D care câștigă popularitate în domenii non-mobile, cum ar fi automatizarea industrială și comerțul cu amănuntul. Deși conceptul ToF există încă din anii 1990, împreună cu tehnologia CCD de blocare, abia în ultimii ani s-a maturizat încet pentru a îndeplini cerințele stricte ale pieței profesionale.

În această postare, vom ajunge să aruncăm o privire în profunzime asupra motivului pentru care camerele ToF devin din ce în ce mai populare pentru cartografierea adâncimii 3D și cum diferă de alte tehnologii de imagistică 3D, cum ar fi imagistica cu viziune stereo și imagistica cu lumină structurată.

Ce este cartografierea adâncimii 3D?

Cartografierea adâncimii 3D, poate fi numită și detectare a adâncimii sau cartografiere 3D. Este o tehnologie de ultimă oră care creează o reprezentare 3D a unui spațiu sau obiect prin măsurarea precisă a distanței dintre senzor și diferite puncte din mediu. Acesta depășește limitările datelor tradiționale ale camerelor 2D și este esențial pentru aplicațiile care necesită percepție spațială precisă și capabilități de luare a deciziilor în timp real.

În esență,Cartografierea adâncimii 3Dimplică proiectarea unei surse de lumină pe un obiect și apoi utilizarea unei camere sau a unui senzor pentru a capta lumina reflectată. Datele capturate sunt analizate pentru a determina întârzierea sau abaterea modelului luminii reflectate pentru a genera o hartă de adâncime. În termeni simpli, o hartă de adâncime este un plan digital care descrie distanța relativă dintre fiecare element de scenă și cartografierea de adâncime sensor.3D este diferența dintre o imagine statică și o lume interactivă dinamică.

Ce este tehnologia de viziune stereo?

Tehnologia de viziune stereo este inspirată de capacitatea ochiului uman de a percepe adâncimea prin vedere binoculară. Tehnologia utilizează conceptul de paralaxă stereo pentru a imita sistemul vizual al ochiului uman, unde fiecare cameră își înregistrează câmpul vizual și apoi folosește aceste imagini diferite pentru a calcula distanțele obiectelor dintr-o scenă. Paralaxa stereo este diferența de poziție a imaginii unui obiect văzută de ochiul stâng și ochiul drept. Iar procesul prin care creierul extrage informații de adâncime dintr-o imagine retiniană 2D prin paralaxă binoculară se numește stereopsie.

Camerele cu viziune stereo folosesc tocmai această tehnologie. Ei captează două imagini separate din puncte de vedere diferite (similar cu ochiul uman) și apoi corelează computațional aceste imagini pentru a determina distanțele obiectelor. Hărțile de adâncime sunt construite prin recunoașterea caracteristicilor corespunzătoare din cele două imagini și măsurarea deplasării orizontale sau a paralaxei dintre aceste caracteristici. Un lucru de remarcat este că, cu cât paralaxa este mai mare, cu atât obiectul este mai aproape de observator.

Cum funcționează o cameră cu viziune stereo?

Camerele cu viziune stereo imită tehnica ochiului uman, care percepe adâncimea prin geometria triangulației, unde există mai multe atribute cheie de luat în considerare:

• Linia de bază: distanța dintre cele două camere, similară cu distanța dintre pupile umane (~50-75 mm, distanța pupilară).
• Rezoluție: proporțională cu adâncimea. Senzorii cu rezoluție mai mare oferă mai mulți pixeli pentru a analiza paralaxa, permițând calcule mai precise ale adâncimii.
• Distanța focală: Distanța focală este proporțională cu adâncimea câmpului. Afectează intervalul de adâncime și câmpul vizual, distanța focală scurtă, câmpul vizual larg, dar percepția slabă a adâncimii câmpului apropiat;Focalăeste mare, câmpul vizual este mare, cu atât observarea mai detaliată a obiectelor în câmpul apropiat.

Camerele de viziune stereo sunt deosebit de potrivite pentru aplicații în aer liber care necesită un câmp vizual larg, cum ar fi sistemele de navigație automată și reconstrucția 3D. Desigur, tehnologia necesită ca imaginea capturată să aibă suficiente detalii și textură sau omogenitate. De asemenea, putem îmbunătăți aceste texturi și detalii prin iluminarea scenei cu iluminare structurată pentru a îmbunătăți detectarea caracteristicilor și pentru a îmbunătăți calitatea hărții de adâncime.

Ce este imagistica cu lumină structurată?

Imagistica cu lumină structurată este o metodă sofisticată de cartografiere a adâncimii 3D care utilizează o sursă de lumină pentru a proiecta un model pe o suprafață și apoi captează distorsiunea acelui model pe măsură ce interacționează cu geometria 3D a obiectului. Această tehnică permite măsurarea precisă a dimensiunilor unui obiect și reconstrucția formei sale 3D.

În imagistica 3D, camerele cu lumină structurată folosesc o sursă de lumină, cum ar fi un laser sau un LED, pentru a proiecta un model (de obicei o grilă sau o serie de dungi). Scopul modelului este de a îmbunătăți capacitatea camerei de a recunoaște și măsura modificările suprafeței pe care o iluminează. Când modelul luminează suprafața unui obiect, acesta se deformează în funcție de forma și proprietățile spațiale ale obiectului. Celmodulul camereipoate capta aceste modele distorsionate în unghiuri diferite față de sursa de lumină.

Cum funcționează o cameră cu lumină structurată?

Imagistica camerei cu lumină structurată implică mai mulți pași, care sunt rezumați pe scurt mai jos:

• Proiecția modelului: Un model de lumină special conceput este proiectat pe un obiect, care este apoi deformat pentru a obține o cartografiere 3D bazată pe contururile obiectului.
• Captură imagine: Modelul deformat este capturat de cameră și modificările modelului sunt observate la un anumit unghi. Adâncimea obiectului este dedusă prin compararea modelului de lumină proiectat cunoscut și a interacțiunii luminii cu suprafața 3D a obiectului.
• Triangulație: Camera folosește modelul proiectat cunoscut și imaginea capturată pentru a calcula adâncimea obiectului prin triangulație pentru a crea o hartă 3D detaliată.

Acuratețea și rezoluția imaginii cu lumină structurată sunt afectate de factori precum calitatea sursei de lumină, complexitatea modelului și capacitatea camerei de a rezolva detaliile. Această tehnică este deosebit de eficientă în mediile în care iluminarea este controlată și caracteristicile suprafeței obiectului sunt clar vizibile.

Ce este imagistica timpului de zbor?

Imagistica timpului de zbor (ToF) a fost deja acoperită într-un articol special. Imagistica Time-of-Flight (ToF) este o tehnologie cu precizie ridicată și performanță în timp real și este soluția preferată pentru cartografierea adâncimii 3D astăzi. în centrul tehnologiei ToF se află sursa de lumină, care măsoară timpul necesar pentru ca semnalul luminos să se propage de la cameră, să se reflecte de pe obiect și să revină la senzor, permițând calcularea distanței până la obiect cu o precizie uimitoare. Părțile interesate pot consulta articolul anterior pentru o privire aprofundată asupra principiilor tehnologiei ToF, precum și asupra avantajelor și neajunsurilor acesteia.

Viziune stereo vs. lumină structurată vs. imagistică cu timp de zbor (ToF)

Când vine vorba de imagistică 3D, alegerea între vederea stereo, imagistica cu lumină structurată și tehnicile de timp de zbor (ToF) depinde de obicei de cerințele specifice ale aplicației. Fiecare abordare are propriile sale beneficii și limitări, pe care le vom explora în detaliu pentru a vă ajuta să înțelegeți de ce camerele ToF sunt din ce în ce mai recunoscute ca fiind alegerea preferată pentru multe aplicații de cartografiere 3D.

De ce este o cameră cu timp de zbor (ToF) o alegere mai bună pentru cartografierea 3D?

Acuratețea este esențială pentru tehnologia de cartografiere 3D. Mai sus, am aflat ce este imagistica de adâncime 3D, precum și informații despre timpul de zbor (ToF), lumina structurată și viziunea stereo. Să rezumăm pe scurt de ce timpul de zbor (ToF) este mai potrivit pentru cartografierea 3D.

• Măsurarea directă a adâncimii:Camerele ToF pot măsura adâncimea direct, simplificând cerințele de procesare a datelor în comparație cu viziunea stereo sau sistemele de lumină structurată care se bazează pe algoritmi complecși pentru a calcula adâncimea pe baza paralaxei imaginii sau a distorsiunii modelului.
• Precizie ridicată și extensibilitate:Furnizarea de măsurători de înaltă precizie de până la mm până la cm, combinată cu un interval de adâncime extensibil, face ca camera ToF să fie potrivită pentru măsurători de precizie la diferite distanțe.
• Complexitatea software-ului:Datele de adâncime ale camerei ToF sunt generate direct de la senzor, reducând nevoia de algoritmi. Eficiență îmbunătățită a procesării datelor și implementare mai rapidă.
• Performanță mai bună în condiții de lumină scăzută:În comparație cu viziunea stereo care se bazează pe o sursă de lumină, camerele Tof funcționează mai bine în condiții de lumină slabă datorită unei surse de lumină active și fiabile.
• Design compact și eficient din punct de vedere energetic:Spre deosebire de alți senzori, camerele Tof sunt mai compacte și consumă mai puțină energie. Ideal pentru dispozitive portabile sau alimentate cu baterii.
• Prelucrarea datelor în timp real:Camera Tof captează și procesează datele de adâncime foarte rapid, ceea ce o face ideală pentru aplicații în timp real, cum ar fi robotica.

Ce aplicații necesită camere cu timp de zbor?

Roboți mobili autonomi (AMR):Camera Tof oferă măsurarea distanței în timp real și detectarea obstacolelor, oferind AMR flexibilitatea de a naviga în medii complexe exterioare și interioare. Ajută la planificarea traiectoriei și evitarea coliziunilor, îmbunătățind autonomia și fiabilitatea robotului.

Vehicule ghidate automat (AGV):În depozite și medii de producție, AGV-urile echipate cu camere ToF asigură o navigație fiabilă și o manipulare precisă a materialelor. Datele de adâncime furnizate de aceste camere susțin algoritmi avansați de găsire a căii pentru a optimiza logistica și a reduce intervenția umană.

Dispozitive anti-spoofing bazate pe recunoaștere facială:Camerele ToF din sistemele de recunoaștere facială augmentată previn accesul neautorizat prin falsificarea recunoașterii faciale prin analizarea datelor aprofundate care pot face diferența între o față reală și o încercare de a o replica (de exemplu, o mască sau o fotografie).

Concluzie

Prin acest articol, este clar să vedem rolul important al camerelor cu timp de zbor (ToF) în domeniul imagisticii 3D. Beneficiile camerelor ToF evidențiază, de asemenea, potențialul lor de a revoluționa industriile care se bazează pe date spațiale precise.
În timp ce viziunea stereo, imagistica cu lumină structurată și tehnologiile ToF au fiecare propriile merite între ele, camerele ToF se remarcă prin capacitatea lor de a oferi măsurători de adâncime directe, precise și scalabile cu o complexitate software relativ scăzută. Acest lucru le face ideale pentru aplicații în care viteza, precizia și fiabilitatea sunt esențiale.

Cu peste un deceniu de experiență în industrie în furnizarea și personalizareaCamere OEM, Sinoseen vă poate oferi cele mai specializate soluții de imagistică pentru modulul camerei dvs. Fie că este vorba de interfață MIPI, USB, dvp sau MIPI csi-2, Sinoseen are întotdeauna o soluție pentru satisfacția dvs., vă rugăm să nu ezitați să ne contactați dacă aveți nevoie de ceva.