разница между временем полета и другими камерами для 3D-картирования глубины

Способность ощущать и взаимодействовать с 3D-миром становится все более важной в сегодняшнем технологическом ландшафте, и одной из самых многообещающих технологий является Time-of-Flight (ToF). Это прорывное решение для 3D-картирования глубины, которое набирает популярность в немобильных областях, таких как промышленная автоматизация и розничная торговля. Хотя концепция ToF существует с 1990-х годов вместе с технологией CCD, только в последние несколько лет она медленно созревала, чтобы соответствовать строгим требованиям профессионального рынка.

В этом посте мы подробно рассмотрим, почему камеры ToF становятся все более популярными для 3D-картирования глубины и чем они отличаются от других технологий 3D-изображения, таких как стереозрение и структурированное световое изображение.

Что такое 3D-картирование глубины?

3D картирование глубины, также может называться определением глубины или 3D картированием. Это передовая технология, которая создает 3D представление пространства или объекта, точно измеряя расстояние между сенсором и различными точками в окружающей среде. Она преодолевает ограничения традиционных 2D данных камер и является критически важной для приложений, которые требуют точного пространственного восприятия и возможностей принятия решений в реальном времени.

в его ядре,3D картирование глубинывключает проецирование источника света на объект, а затем использование камеры или сенсора для захвата отраженного света. Захваченные данные анализируются для определения временной задержки или отклонения паттерна отраженного света, чтобы создать карту глубины. Проще говоря, карта глубины — это цифровой чертеж, который описывает относительное расстояние между каждым элементом сцены и сенсором. 3D картирование глубины — это разница между статическим изображением и динамическим интерактивным миром.

Что такое технология стереозрения?

Технология стереозрения вдохновлена способностью человеческого глаза воспринимать глубину через бинокулярное зрение. Эта технология использует концепцию стереопараллакса, чтобы имитировать визуальную систему человеческого глаза, где каждая камера записывает свое поле зрения, а затем использует эти разные изображения для расчета расстояний до объектов в сцене. Стереопараллакс — это разница в положении изображения объекта, видимого левым и правым глазом. А процесс, с помощью которого мозг извлекает информацию о глубине из 2D-ретинального изображения через бинокулярный параллакс, называется стереопсисом.

Камеры стереозрения используют эту технологию. Они захватывают два отдельных изображения с разных точек зрения (аналогично человеческому глазу) и затем вычислительно коррелируют эти изображения, чтобы определить расстояния до объектов. Карты глубины строятся путем распознавания соответствующих признаков на двух изображениях и измерения горизонтального смещения или параллакса между этими признаками. Одно из замечаний: чем больше параллакс, тем ближе объект к наблюдателю.

Как работает камера стереозрения?

Камеры стереозрения имитируют технику человеческого глаза, который воспринимает глубину через геометрию триангуляции, где есть несколько ключевых атрибутов, которые необходимо учитывать:

• Базовая линия: расстояние между двумя камерами, аналогичное расстоянию между зрачками человека (~50-75 мм, расстояние между зрачками).
• Разрешение: пропорционально глубине. Датчики с более высоким разрешением предоставляют больше пикселей для анализа параллакса, что позволяет более точно рассчитывать глубину.
• Фокусное расстояние: Фокусное расстояние пропорционально глубине резкости. Влияет на диапазон глубины и поле зрения, короткое фокусное расстояние, широкое поле зрения, но плохое восприятие глубины ближнего поля;фокусное расстояниевысокое, поле зрения большое, более детальное наблюдение объектов в ближнем поле.

Камеры стереозрения особенно подходят для наружных приложений, которые требуют широкого поля зрения, таких как автоматические навигационные системы и 3D-реконструкция. Конечно, технология требует, чтобы захваченное изображение имело достаточную детализацию и текстуру или неоднородность. Мы также можем улучшить эти текстуры и детали, освещая сцену структурированным светом для улучшения обнаружения признаков и повышения качества карты глубины.

Что такое структурированное световое изображение?

Структурированное световое изображение - это сложный метод 3D-картирования глубины, который использует источник света для проекции узора на поверхность, а затем захватывает искажение этого узора, когда он взаимодействует с 3D-геометрией объекта. Эта техника позволяет точно измерять размеры объекта и восстанавливать его 3D-форму.

В 3D-изображении камеры структурированного света используют источник света, такой как лазер или светодиод, для проекции узора (обычно сетки или серии полос). Цель узора - улучшить способность камеры распознавать и измерять изменения на поверхности, которую она освещает. Когда узор освещает поверхность объекта, он деформируется в соответствии с формой и пространственными свойствами объекта.модуль камерыможет захватывать эти искаженные узоры под разными углами к источнику света.

Как работает камера структурированного света?

Изображение с помощью камеры структурированного света включает несколько этапов, которые кратко изложены ниже:

• Проекция шаблона: Специально разработанный световой шаблон проецируется на объект, который затем деформируется для достижения 3D-картирования на основе контуров объекта.
• Захват изображения: Деформированный шаблон захватывается камерой, и изменения в шаблоне наблюдаются под определенным углом. Глубина объекта определяется путем сравнения известного проецируемого светового шаблона и взаимодействия света с 3D-поверхностью объекта.
• Триангуляция: Камера использует известный проецируемый шаблон и захваченное изображение для расчета глубины объекта с помощью триангуляции для создания детализированной 3D-карты.

Точность и разрешение структурной световой съемки зависят от таких факторов, как качество источника света, сложность шаблона и способность камеры разрешать детали. Эта техника особенно эффективна в средах, где освещение контролируется, и поверхностные особенности объекта четко видны.

Что такое съемка времени пролета?

Визуализация времени полета (ToF) уже была рассмотрена в специальной статье. Визуализация времени полета (ToF) — это технология с высокой точностью и производительностью в реальном времени, и она является предпочтительным решением для 3D-картирования глубины сегодня. В основе технологии ToF лежит источник света, который измеряет время, необходимое для распространения светового сигнала от камеры, отражения от объекта и возвращения к сенсору, что позволяет с удивительной точностью вычислять расстояние до объекта. Заинтересованные стороны могут обратиться к предыдущей статье для более глубокого изучения принципов технологии ToF, а также ее преимуществ и недостатков.

Стереозрение против структурированного света против визуализации времени полета (ToF)

Когда речь идет о 3D-изображении, выбор между стереозрением, структурированным светом и методами времени пролета (ToF) обычно зависит от конкретных требований приложения. Каждый подход имеет свои преимущества и ограничения, которые мы подробно рассмотрим, чтобы помочь вам понять, почему камеры ToF все чаще признаются предпочтительным выбором для многих приложений 3D-картирования.

Почему камера времени пролета (ToF) является лучшим выбором для 3D-картирования?

Точность имеет критическое значение для технологии 3D-картирования. Выше мы узнали, что такое 3D-изображение глубины, а также информацию о времени полета (ToF), структурированном свете и стереозрении. Давайте кратко подытожим, почему время полета (ToF) лучше подходит для 3D-картирования.

• Прямое измерение глубины:Камеры ToF могут напрямую измерять глубину, упрощая требования к обработке данных по сравнению со стереозрением или системами структурированного света, которые полагаются на сложные алгоритмы для вычисления глубины на основе параллакса изображения или искажения узора.
• Высокая точность и расширяемость:Обеспечивая высокую точность измерений до мм до см, в сочетании с расширяемым диапазоном глубины, камера ToF хорошо подходит для точных измерений на различных расстояниях.
• Сложность программного обеспечения:Данные глубины камеры ToF генерируются непосредственно с сенсора, что снижает необходимость в алгоритмах. Улучшенная эффективность обработки данных и более быстрая реализация.
• Лучшие характеристики при низком освещении:В отличие от стереозрения, которое зависит от источника света, камеры Tof работают лучше в условиях низкой освещенности благодаря активному и надежному источнику света.
• Компактный и энергоэффективный дизайн:В отличие от других датчиков, камеры Tof более компактны и потребляют меньше энергии. Идеально подходят для портативных или работающих от батарей устройств.
• обработка данных в режиме реального времени:Камера Tof очень быстро захватывает и обрабатывает данные о глубине, что делает ее идеальной для приложений в реальном времени, таких как робототехника.

Какие приложения нуждаются в камерах времени полета?

Автономные мобильные роботы (AMR):Камера Tof обеспечивает измерение расстояния в реальном времени и обнаружение препятствий, что дает AMR гибкость для навигации в сложных внешних и внутренних условиях. Помогает в планировании маршрута и избегании столкновений, улучшая автономность и надежность робота.

Автоматизированные направляемые транспортные средства (AGV):В складских и производственных средах AGV, оснащенные камерами ToF, обеспечивают надежную навигацию и точную обработку материалов. Данные глубины, предоставляемые этими камерами, поддерживают продвинутые алгоритмы поиска пути для оптимизации логистики и снижения человеческого вмешательства.

Устройства против подделки на основе распознавания лиц:Камеры ToF в системах дополненного распознавания лиц предотвращают несанкционированный доступ через подделку распознавания лиц, анализируя данные глубины, которые могут различать настоящее лицо и попытку его воспроизведения (например, маска или фотография).

Заключение

Через эту статью ясно видно важную роль камер времени пролета (ToF) в области 3D-изображения. Преимущества камер ToF также подчеркивают их потенциал революционизировать отрасли, которые зависят от точных пространственных данных.
Хотя стереозрение, структурированное световое изображение и технологии ToF имеют свои достоинства, камеры ToF выделяются своей способностью предоставлять прямые, точные и масштабируемые измерения глубины с относительно низкой сложностью программного обеспечения. Это делает их идеальными для приложений, где скорость, точность и надежность имеют критическое значение.

С более чем десятилетним опытом работы в отрасли по поставке и настройкеOEM камер, Sinoseen может предоставить вам самые специализированные решения для вашего модуля камеры. Будь то интерфейс MIPI, USB, dvp или MIPI csi-2, Sinoseen всегда имеет решение для вашего удовлетворения, пожалуйста, не стесняйтесь обращаться к нам, если вам что-то нужно.