ความแตกต่างระหว่างเวลาบิน (ToF) และกล้องแผนที่ความลึก 3 มิติอื่นๆ

ความสามารถในการรับรู้และโต้ตอบกับโลก 3 มิติมีความสําคัญมากขึ้นเรื่อย ๆ ในภูมิทัศน์เทคโนโลยีในปัจจุบัน และหนึ่งในเทคโนโลยีที่มีแนวโน้มมากที่สุดคือเทคโนโลยี Time-of-Flight (ToF) นี่คือโซลูชันการทําแผนที่ความลึก 3 มิติที่ก้าวล้ําซึ่งกําลังได้รับความนิยมในพื้นที่ที่ไม่ใช่อุปกรณ์เคลื่อนที่ เช่น ระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรมและการค้าปลีก แม้ว่าแนวคิด ToF จะมีมาตั้งแต่ทศวรรษ 1990 พร้อมกับเทคโนโลยีล็อค CCD แต่ก็ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาเท่านั้นที่ค่อยๆ เติบโตเต็มที่เพื่อตอบสนองความต้องการที่เข้มงวดของตลาดมืออาชีพ

ในโพสต์นี้ เราจะมาดูเชิงลึกว่าเหตุใดกล้อง ToF จึงเป็นที่นิยมมากขึ้นเรื่อย ๆ สําหรับการทําแผนที่ความลึก 3 มิติ และแตกต่างจากเทคโนโลยีการถ่ายภาพ 3 มิติอื่นๆ เช่น การถ่ายภาพสเตอริโอวิสัยทัศน์และการถ่ายภาพแสงที่มีโครงสร้างอย่างไร

การทําแผนที่ความลึก 3 มิติคืออะไร?

การทําแผนที่ความลึก 3 มิติ เรียกอีกอย่างว่าการตรวจจับความลึกหรือการทําแผนที่ 3 มิติ เป็นเทคโนโลยีล้ําสมัยที่สร้างการแสดงมุมมอง 3 มิติของพื้นที่หรือวัตถุโดยการวัดระยะห่างระหว่างเซ็นเซอร์กับจุดต่างๆ ในสิ่งแวดล้อมอย่างแม่นยํา มันทําลายข้อจํากัดของข้อมูลกล้อง 2 มิติแบบดั้งเดิม และมีความสําคัญอย่างยิ่งสําหรับการใช้งานที่ต้องการการรับรู้เชิงพื้นที่ที่แม่นยําและความสามารถในการตัดสินใจแบบเรียลไทม์

หัวใจสําคัญของมันการทําแผนที่ความลึก 3 มิติเกี่ยวข้องกับการฉายแหล่งกําเนิดแสงลงบนวัตถุแล้วใช้กล้องหรือเซ็นเซอร์เพื่อจับแสงสะท้อน ข้อมูลที่บันทึกไว้จะถูกวิเคราะห์เพื่อกําหนดการหน่วงเวลาหรือการเบี่ยงเบนรูปแบบของแสงสะท้อนเพื่อสร้างแผนที่ความลึก ในแง่ของคนธรรมดา แผนที่ความลึกคือพิมพ์เขียวดิจิทัลที่อธิบายระยะห่างสัมพัทธ์ระหว่างแต่ละองค์ประกอบของฉาก และการทําแผนที่ความลึก sensor.3D คือความแตกต่างระหว่างภาพนิ่งและโลกแบบโต้ตอบแบบไดนามิก

เทคโนโลยีการมองเห็นสเตอริโอคืออะไร?

เทคโนโลยีการมองเห็นสเตอริโอได้รับแรงบันดาลใจจากความสามารถของดวงตามนุษย์ในการรับรู้ความลึกผ่านการมองเห็นด้วยกล้องสองตา เทคโนโลยีนี้ใช้แนวคิดของพารัลแลกซ์สเตอริโอเพื่อเลียนแบบระบบการมองเห็นของดวงตามนุษย์ โดยที่กล้องแต่ละตัวจะบันทึกขอบเขตการมองเห็น จากนั้นใช้ภาพต่างๆ เหล่านี้เพื่อคํานวณระยะทางของวัตถุในฉาก พารัลแลกซ์สเตอริโอคือความแตกต่างในตําแหน่งของภาพของวัตถุที่ตาซ้ายและตาขวามองเห็น และกระบวนการที่สมองดึงข้อมูลความลึกจากภาพจอประสาทตา 2 มิติผ่านพารัลแลกซ์สองตาเรียกว่าสเตอริโอพซิส

กล้องวิชั่นสเตอริโอใช้เทคโนโลยีนี้ พวกเขาจับภาพสองภาพแยกจากมุมมองที่แตกต่างกัน (คล้ายกับดวงตามนุษย์) จากนั้นจึงเชื่อมโยงภาพเหล่านี้ด้วยการคํานวณเพื่อกําหนดระยะทางของวัตถุ แผนที่ความลึกถูกสร้างขึ้นโดยการจดจําคุณสมบัติที่สอดคล้องกันในภาพทั้งสองและวัดการกระจัดในแนวนอนหรือพารัลแลกซ์ระหว่างคุณสมบัติเหล่านี้ สิ่งหนึ่งที่ควรทราบคือยิ่งพารัลแลกซ์มากเท่าใดวัตถุก็ยิ่งอยู่ใกล้ผู้สังเกตมากขึ้นเท่านั้น

กล้องวิสัยทัศน์สเตอริโอทํางานอย่างไร

กล้องวิสัยทัศน์สเตอริโอเลียนแบบเทคนิคของดวงตามนุษย์ ซึ่งรับรู้ความลึกผ่านรูปทรงเรขาคณิตของสามเหลี่ยม ซึ่งมีคุณลักษณะสําคัญหลายประการที่ต้องคํานึงถึง:

• เส้นฐาน: ระยะห่างระหว่างกล้องสองตัว คล้ายกับระยะห่างของรูม่านตาของมนุษย์ (~50-75 มม. ระยะรูม่านตา)
• ความละเอียด: เป็นสัดส่วนกับความลึก เซ็นเซอร์ที่มีความละเอียดสูงขึ้นให้พิกเซลมากขึ้นในการวิเคราะห์พารัลแลกซ์ ทําให้สามารถคํานวณความลึกได้แม่นยํายิ่งขึ้น
• ทางยาวโฟกัส: ทางยาวโฟกัสเป็นสัดส่วนกับระยะชัดลึก ส่งผลต่อช่วงความลึกและขอบเขตการมองเห็น โฟกัสสั้น มุมมองกว้าง แต่การรับรู้ความลึกของระยะใกล้ไม่ดีทางยาวโฟกัสสูงขอบเขตการมองเห็นมีขนาดใหญ่การสังเกตวัตถุในระยะใกล้โดยละเอียดมากขึ้น

กล้องวิชั่นสเตอริโอเหมาะอย่างยิ่งสําหรับการใช้งานกลางแจ้งที่ต้องการมุมมองขนาดใหญ่ เช่น ระบบนําทางอัตโนมัติและการสร้าง 3 มิติ แน่นอนว่าเทคโนโลยีต้องการให้ภาพที่ถ่ายต้องมีรายละเอียดและพื้นผิวเพียงพอหรือไม่เป็นเนื้อเดียวกัน นอกจากนี้เรายังสามารถปรับปรุงพื้นผิวและรายละเอียดเหล่านี้ได้โดยการส่องสว่างฉากด้วยแสงที่มีโครงสร้างเพื่อปรับปรุงการตรวจจับคุณสมบัติและปรับปรุงคุณภาพของแผนที่ความลึก

การถ่ายภาพด้วยแสงที่มีโครงสร้างคืออะไร?

การถ่ายภาพด้วยแสงที่มีโครงสร้างเป็นวิธีการทําแผนที่ความลึก 3 มิติที่ซับซ้อนซึ่งใช้แหล่งกําเนิดแสงเพื่อฉายลวดลายลงบนพื้นผิว จากนั้นจับภาพการบิดเบือนของรูปแบบนั้นขณะที่มันโต้ตอบกับรูปทรงเรขาคณิต 3 มิติของวัตถุ เทคนิคนี้ช่วยให้สามารถวัดขนาดของวัตถุได้อย่างแม่นยําและสร้างรูปร่าง 3 มิติขึ้นมาใหม่

ในการถ่ายภาพ 3 มิติ กล้องวัดแสงที่มีโครงสร้างจะใช้แหล่งกําเนิดแสง เช่น เลเซอร์หรือ LED เพื่อฉายรูปแบบ (โดยปกติจะเป็นตารางหรือชุดแถบ) จุดประสงค์ของรูปแบบนี้คือเพื่อเพิ่มความสามารถของกล้องในการรับรู้และวัดการเปลี่ยนแปลงของพื้นผิวที่ส่องสว่าง เมื่อลวดลายส่องสว่างพื้นผิวของวัตถุ มันจะเปลี่ยนรูปตามรูปร่างและคุณสมบัติเชิงพื้นที่ของวัตถุ พื้นที่โมดูลกล้องสามารถจับภาพรูปแบบที่บิดเบี้ยวเหล่านี้ในมุมต่างๆ ไปยังแหล่งกําเนิดแสง

กล้องวัดแสงแบบมีโครงสร้างทํางานอย่างไร

การถ่ายภาพกล้องที่มีโครงสร้างประกอบด้วยหลายขั้นตอน ซึ่งสรุปสั้น ๆ ด้านล่าง:

• การฉายภาพรูปแบบ: รูปแบบแสงที่ออกแบบมาเป็นพิเศษจะถูกฉายลงบนวัตถุ ซึ่งจะถูกเปลี่ยนรูปเพื่อให้ได้การทําแผนที่ 3 มิติตามรูปร่างของวัตถุ
• การจับภาพ: กล้องจับภาพรูปแบบที่ผิดรูปและสังเกตเห็นการเปลี่ยนแปลงของรูปแบบในมุมหนึ่ง ความลึกของวัตถุอนุมานโดยการเปรียบเทียบรูปแบบแสงที่ฉายที่ทราบและปฏิสัมพันธ์ของแสงกับพื้นผิว 3 มิติของวัตถุ
• สามเหลี่ยม: กล้องใช้รูปแบบที่ฉายที่ทราบและภาพที่ถ่ายเพื่อคํานวณความลึกของวัตถุโดยการสามเหลี่ยมเพื่อสร้างแผนที่ 3 มิติโดยละเอียด

ความแม่นยําและความละเอียดของการถ่ายภาพด้วยแสงที่มีโครงสร้างได้รับผลกระทบจากปัจจัยต่างๆ เช่น คุณภาพของแหล่งกําเนิดแสง ความซับซ้อนของรูปแบบ และความสามารถของกล้องในการแก้ไขรายละเอียด เทคนิคนี้มีประสิทธิภาพโดยเฉพาะอย่างยิ่งในสภาพแวดล้อมที่มีการควบคุมแสงและมองเห็นลักษณะพื้นผิวของวัตถุได้อย่างชัดเจน

การถ่ายภาพ Time-of-Flight คืออะไร?

การถ่ายภาพ Time-of-Flight (ToF) ได้กล่าวถึงแล้วในบทความพิเศษ การถ่ายภาพ Time-of-Flight (ToF) เป็นเทคโนโลยีที่มีความแม่นยําสูงและประสิทธิภาพแบบเรียลไทม์ และเป็นโซลูชันที่ต้องการสําหรับการทําแผนที่ความลึก 3 มิติในปัจจุบัน หัวใจสําคัญของเทคโนโลยี ToF คือแหล่งกําเนิดแสง ซึ่งวัดเวลาที่ใช้ในการส่งสัญญาณแสงที่จะแพร่กระจายจากกล้อง สะท้อนออกจากวัตถุ และกลับไปที่เซ็นเซอร์ ทําให้สามารถคํานวณระยะห่างไปยังวัตถุได้อย่างแม่นยําอย่างน่าทึ่ง ผู้สนใจสามารถดูบทความก่อนหน้านี้เพื่อดูเชิงลึกเกี่ยวกับหลักการของเทคโนโลยี ToF ตลอดจนข้อดีและข้อเสีย

วิสัยทัศน์สเตอริโอเทียบกับแสงที่มีโครงสร้างเทียบกับการถ่ายภาพ Time-of-Flight (ToF)

เมื่อพูดถึงการถ่ายภาพ 3 มิติ ทางเลือกระหว่างการมองเห็นแบบสเตอริโอ การถ่ายภาพด้วยแสงที่มีโครงสร้าง และเทคนิคการบิน (ToF) มักจะขึ้นอยู่กับข้อกําหนดเฉพาะของแอปพลิเคชัน แต่ละวิธีมีประโยชน์และข้อจํากัดของตัวเอง ซึ่งเราจะสํารวจโดยละเอียดเพื่อช่วยให้คุณเข้าใจว่าเหตุใดกล้อง ToF จึงได้รับการยอมรับมากขึ้นว่าเป็นตัวเลือกที่ต้องการสําหรับแอปพลิเคชันการทําแผนที่ 3 มิติจํานวนมาก

เหตุใดกล้อง Time-of-flight (ToF) จึงเป็นตัวเลือกที่ดีกว่าสําหรับการทําแผนที่ 3 มิติ

ความแม่นยําเป็นสิ่งสําคัญสําหรับเทคโนโลยีการทําแผนที่ 3 มิติ เราได้เรียนรู้ว่าการถ่ายภาพความลึก 3 มิติคืออะไร ตลอดจนข้อมูลเกี่ยวกับเวลาบิน (ToF) แสงที่มีโครงสร้าง และการมองเห็นแบบสเตอริโอ มาสรุปสั้น ๆ ว่าเหตุใดเวลาบิน (ToF) จึงเหมาะกับการทําแผนที่ 3 มิติมากกว่า

• การวัดความลึกโดยตรง:กล้อง ToF สามารถวัดความลึกได้โดยตรง ทําให้ความต้องการในการประมวลผลข้อมูลง่ายขึ้นเมื่อเทียบกับระบบการมองเห็นสเตอริโอหรือระบบแสงที่มีโครงสร้างซึ่งอาศัยอัลกอริทึมที่ซับซ้อนในการคํานวณความลึกตามพารัลแลกซ์ของภาพหรือการบิดเบือนของรูปแบบ
• ความแม่นยําสูงและความสามารถในการขยาย:ให้การวัดที่มีความแม่นยําสูงถึง มม. ถึง ซม. รวมกับช่วงความลึกที่ขยายได้ ทําให้กล้อง ToF เหมาะอย่างยิ่งสําหรับการวัดที่แม่นยําในระยะทางต่างๆ
• ความซับซ้อนของซอฟต์แวร์:ข้อมูลความลึกของกล้อง ToF ถูกสร้างขึ้นโดยตรงจากเซ็นเซอร์ ซึ่งช่วยลดความจําเป็นในการใช้อัลกอริทึม ปรับปรุงประสิทธิภาพการประมวลผลข้อมูลและการใช้งานที่รวดเร็วขึ้น
• ประสิทธิภาพที่ดีขึ้นในที่แสงน้อย:เมื่อเทียบกับการมองเห็นสเตอริโอที่อาศัยแหล่งกําเนิดแสง กล้อง Tof ทํางานได้ดีกว่าในสภาพแสงน้อยเนื่องจากแหล่งกําเนิดแสงที่ใช้งานและเชื่อถือได้
• การออกแบบที่กะทัดรัดและประหยัดพลังงาน:กล้อง Tof มีขนาดกะทัดรัดกว่าและใช้พลังงานน้อยกว่าซึ่งแตกต่างจากเซ็นเซอร์อื่นๆ เหมาะอย่างยิ่งสําหรับอุปกรณ์พกพาหรือใช้แบตเตอรี่
• การประมวลผลข้อมูลแบบเรียลไทม์:กล้อง Tof จับและประมวลผลข้อมูลความลึกได้อย่างรวดเร็ว จึงเหมาะอย่างยิ่งสําหรับการใช้งานแบบเรียลไทม์ เช่น หุ่นยนต์

แอพพลิเคชั่นใดบ้างที่ต้องการกล้อง time-of-flight

หุ่นยนต์เคลื่อนที่อัตโนมัติ (AMR):กล้อง Tof ให้การวัดระยะทางแบบเรียลไทม์และการตรวจจับสิ่งกีดขวาง ทําให้ AMR มีความยืดหยุ่นในการนําทางในสภาพแวดล้อมกลางแจ้งและในร่มที่ซับซ้อน ช่วยในการวางแผนเส้นทางและการหลีกเลี่ยงการชนปรับปรุงความเป็นอิสระและความน่าเชื่อถือของหุ่นยนต์

ยานพาหนะนําทางอัตโนมัติ (AGV):ในสภาพแวดล้อมคลังสินค้าและการผลิต AGV ที่ติดตั้งกล้อง ToF ช่วยให้มั่นใจได้ถึงการนําทางที่เชื่อถือได้และการจัดการวัสดุที่แม่นยํา ข้อมูลความลึกที่กล้องเหล่านี้ให้มารองรับอัลกอริธึมการค้นหาเส้นทางขั้นสูงเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพด้านโลจิสติกส์และลดการแทรกแซงของมนุษย์

อุปกรณ์ป้องกันการปลอมแปลงที่ใช้การจดจําใบหน้า:กล้อง ToF ในระบบจดจําใบหน้าเสริมป้องกันการเข้าถึงโดยไม่ได้รับอนุญาตผ่านการปลอมแปลงการจดจําใบหน้าโดยการวิเคราะห์ข้อมูลเชิงลึกที่สามารถแยกความแตกต่างระหว่างใบหน้าจริงกับความพยายามที่จะทําซ้ํา (เช่น หน้ากากหรือภาพถ่าย)

บทสรุป

จากบทความนี้จะเห็นได้ชัดเจนว่าบทบาทสําคัญของกล้อง Time-of-Flight (ToF) ในด้านการถ่ายภาพ 3 มิติ ประโยชน์ของกล้อง ToF ยังเน้นย้ําถึงศักยภาพในการปฏิวัติอุตสาหกรรมที่ต้องพึ่งพาข้อมูลเชิงพื้นที่ที่แม่นยํา
แม้ว่าการมองเห็นสเตอริโอ การถ่ายภาพด้วยแสงที่มีโครงสร้าง และเทคโนโลยี ToF แต่ละอย่างมีข้อดีของตัวเอง แต่กล้อง ToF มีความโดดเด่นในด้านความสามารถในการให้การวัดความลึกโดยตรง แม่นยํา และปรับขนาดได้ด้วยความซับซ้อนของซอฟต์แวร์ที่ค่อนข้างต่ํา ทําให้เหมาะสําหรับการใช้งานที่ความเร็ว ความแม่นยํา และความน่าเชื่อถือเป็นสิ่งสําคัญ

ด้วยประสบการณ์ในอุตสาหกรรมกว่าทศวรรษในการจัดหาและปรับแต่งกล้อง OEMSinoseen สามารถให้บริการโซลูชั่นการถ่ายภาพที่เชี่ยวชาญที่สุดสําหรับโมดูลกล้องของคุณ ไม่ว่าจะเป็นอินเทอร์เฟซ MIPI, USB, dvp หรือ MIPI csi-2 Sinoseen มีทางออกเพื่อความพึงพอใจของคุณเสมอ