ความแตกต่างระหว่างเวลาบิน ((tof) และกล้องถ่ายภาพความลึก 3d อื่นๆ

ความสามารถในการรับรู้และโต้ตอบกับโลก 3D กำลังมีความสำคัญมากขึ้นในภูมิทัศน์เทคโนโลยีในปัจจุบัน และหนึ่งในเทคโนโลยีที่มีแนวโน้มที่น่าพอใจคือเทคโนโลยี Time-of-Flight (ToF) นี่คือโซลูชันการทำแผนที่ความลึก 3D ที่ก้าวล้ำซึ่งกำลังได้รับความนิยมในพื้นที่ที่ไม่ใช่มือถือ เช่น การทำงานอัตโนมัติในอุตสาหกรรมและการค้าปลีก แม้ว่าแนวคิด ToF จะมีมานานตั้งแต่ปี 1990 พร้อมกับเทคโนโลยี CCD ที่ล็อก แต่เพิ่งในไม่กี่ปีมานี้ที่มันเริ่มเติบโตอย่างช้าๆ เพื่อตอบสนองความต้องการที่เข้มงวดของตลาดมืออาชีพ.

ในโพสต์นี้ เราจะมาดูอย่างละเอียดว่าทำไมกล้อง ToF ถึงได้รับความนิยมมากขึ้นเรื่อยๆ สำหรับการทำแผนที่ความลึก 3D และมันแตกต่างจากเทคโนโลยีการถ่ายภาพ 3D อื่นๆ เช่น การถ่ายภาพแบบสเตอริโอและการถ่ายภาพด้วยแสงที่มีโครงสร้างอย่างไร.

การทำแผนที่ความลึก 3D คืออะไร?

การสร้างแผนที่ความลึก 3D ยังสามารถเรียกได้ว่า การรับรู้ความลึก หรือ การสร้างแผนที่ 3D เป็นเทคโนโลยีที่ล้ำสมัยที่สร้างการแสดงผลมุมมอง 3D ของพื้นที่หรือวัตถุโดยการวัดระยะห่างระหว่างเซ็นเซอร์และจุดต่างๆในสภาพแวดล้อมอย่างแม่นยำ มันทำลายข้อจำกัดของข้อมูลกล้อง 2D แบบดั้งเดิมและมีความสำคัญต่อการใช้งานที่ต้องการการรับรู้เชิงพื้นที่ที่แม่นยำและความสามารถในการตัดสินใจแบบเรียลไทม์.

ในแกนของมันการสร้างแผนที่ความลึก 3Dเกี่ยวข้องกับการฉายแหล่งแสงไปยังวัตถุและจากนั้นใช้กล้องหรือเซ็นเซอร์ในการจับภาพแสงที่สะท้อนกลับ ข้อมูลที่จับได้จะถูกวิเคราะห์เพื่อตรวจสอบความล่าช้าหรือการเบี่ยงเบนของรูปแบบของแสงที่สะท้อนกลับเพื่อสร้างแผนที่ความลึก ในภาษาที่เข้าใจง่าย แผนที่ความลึกคือแผนผังดิจิทัลที่อธิบายระยะห่างสัมพัทธ์ระหว่างแต่ละองค์ประกอบของฉากและเซ็นเซอร์ การสร้างแผนที่ความลึก 3D คือความแตกต่างระหว่างภาพนิ่งและโลกที่มีปฏิสัมพันธ์แบบไดนามิก.

เทคโนโลยีการมองเห็นสเตอริโอคืออะไร?

เทคโนโลยีการมองเห็นแบบสเตอริโอได้รับแรงบันดาลใจจากความสามารถของดวงตามนุษย์ในการรับรู้ความลึกผ่านการมองเห็นแบบสองตา เทคโนโลยีนี้ใช้แนวคิดของพารัลแลกซ์แบบสเตอริโอเพื่อเลียนแบบระบบการมองเห็นของดวงตามนุษย์ โดยที่กล้องแต่ละตัวจะบันทึกมุมมองของตนและจากนั้นใช้ภาพที่แตกต่างกันเหล่านี้ในการคำนวณระยะห่างของวัตถุในฉาก พารัลแลกซ์แบบสเตอริโอคือความแตกต่างในตำแหน่งของภาพวัตถุที่เห็นโดยตาซ้ายและตาขวา และกระบวนการที่สมองดึงข้อมูลความลึกจากภาพเรตินา 2D ผ่านพารัลแลกซ์แบบสองตาเรียกว่า สเตอรีโอพซิส

กล้องมุมมองสเตอริโอใช้เทคโนโลยีนี้ กล้องจะจับภาพแยกสองภาพจากมุมมองที่แตกต่างกัน (คล้ายกับตาของมนุษย์) และจากนั้นจะทำการประมวลผลเพื่อเปรียบเทียบภาพเหล่านี้เพื่อตรวจสอบระยะห่างของวัตถุ แผนที่ความลึกจะถูกสร้างขึ้นโดยการระบุคุณลักษณะที่ตรงกันในสองภาพและวัดการเคลื่อนที่ในแนวนอนหรือพารัลแลกซ์ระหว่างคุณลักษณะเหล่านี้ สิ่งหนึ่งที่ควรสังเกตคือ ยิ่งพารัลแลกซ์มากเท่าใด วัตถุก็จะยิ่งใกล้ผู้สังเกตมากขึ้นเท่านั้น.

กล้องมุมมองสเตอริโอทำงานอย่างไร?

กล้องมุมมองสเตอริโอเลียนแบบเทคนิคของตาของมนุษย์ ซึ่งรับรู้ความลึกผ่านเรขาคณิตของการสร้างสามเหลี่ยม โดยมีคุณลักษณะสำคัญหลายประการที่ต้องพิจารณา:

• ระยะฐาน: ระยะห่างระหว่างกล้องสองตัว คล้ายกับระยะห่างระหว่างรูม่านตาของมนุษย์ (~50-75 มม. ระยะห่างของรูม่านตา).
• ความละเอียด: สัดส่วนกับความลึก เซ็นเซอร์ความละเอียดสูงจะให้พิกเซลมากขึ้นในการวิเคราะห์พารัลแลกซ์ ทำให้สามารถคำนวณความลึกได้อย่างแม่นยำมากขึ้น.
• ความยาวโฟกัส: ความยาวโฟกัสมีความสัมพันธ์กับความลึกของสนาม. ส่งผลต่อช่วงความลึกและมุมมอง, ความยาวโฟกัสสั้น, มุมมองกว้าง, แต่การรับรู้ความลึกในสนามใกล้จะไม่ดี;ความยาวจุดเฉพาะสูง, มุมมองกว้าง, การสังเกตวัตถุในสนามใกล้มีรายละเอียดมากขึ้น.

กล้องมุมมองสเตอริโอเหมาะสำหรับการใช้งานกลางแจ้งที่ต้องการมุมมองกว้าง, เช่น ระบบนำทางอัตโนมัติและการสร้างภาพ 3 มิติ. แน่นอนว่าเทคโนโลยีนี้ต้องการให้ภาพที่จับต้องมีรายละเอียดและพื้นผิวหรือความไม่สม่ำเสมอเพียงพอ. เรายังสามารถเพิ่มพื้นผิวและรายละเอียดเหล่านี้ได้โดยการส่องสว่างฉากด้วยแสงที่มีโครงสร้างเพื่อเพิ่มการตรวจจับฟีเจอร์และปรับปรุงคุณภาพของแผนที่ความลึก.

การถ่ายภาพด้วยแสงที่มีโครงสร้างคืออะไร?

การถ่ายภาพด้วยแสงที่มีโครงสร้างเป็นวิธีการสร้างแผนที่ความลึก 3 มิติที่ซับซ้อนซึ่งใช้แหล่งกำเนิดแสงในการฉายลวดลายลงบนพื้นผิวและจากนั้นจับการบิดเบี้ยวของลวดลายนั้นเมื่อมันมีปฏิสัมพันธ์กับเรขาคณิต 3 มิติของวัตถุ เทคนิคนี้ช่วยให้สามารถวัดขนาดของวัตถุได้อย่างแม่นยำและสร้างรูปร่าง 3 มิติของมันขึ้นมาใหม่

ในภาพ 3 มิติ กล้องที่ใช้แสงที่มีโครงสร้างจะใช้แหล่งกำเนิดแสงเช่นเลเซอร์หรือ LED เพื่อฉายลวดลาย (โดยปกติจะเป็นตารางหรือชุดของเส้น) วัตถุประสงค์ของลวดลายคือเพื่อเพิ่มความสามารถของกล้องในการรับรู้และวัดการเปลี่ยนแปลงในพื้นผิวที่มันส่องสว่าง เมื่อลวดลายส่องสว่างไปยังพื้นผิวของวัตถุ มันจะบิดเบี้ยวตามรูปร่างและคุณสมบัติทางพื้นที่ของวัตถุโมดูลกล้องสามารถจับภาพลวดลายที่บิดเบี้ยวเหล่านี้ที่มุมต่างๆ ต่อแหล่งกำเนิดแสง

กล้องที่ใช้แสงที่มีโครงสร้างทำงานอย่างไร?

การถ่ายภาพด้วยกล้องที่ใช้แสงที่มีโครงสร้างเกี่ยวข้องกับหลายขั้นตอนซึ่งสรุปได้อย่างย่อด้านล่าง:

• การฉายรูปแบบ: รูปแบบแสงที่ออกแบบมาเป็นพิเศษจะถูกฉายไปยังวัตถุ ซึ่งจะถูกบิดเบือนเพื่อให้ได้การแมพ 3D ตามรูปร่างของวัตถุ
• การจับภาพ: รูปแบบที่บิดเบือนจะถูกจับโดยกล้องและการเปลี่ยนแปลงในรูปแบบจะถูกสังเกตที่มุมหนึ่ง ความลึกของวัตถุจะถูกอนุมานโดยการเปรียบเทียบรูปแบบแสงที่ฉายออกไปที่รู้จักและการโต้ตอบของแสงกับพื้นผิว 3D ของวัตถุ
• การหามุมสามเหลี่ยม: กล้องใช้รูปแบบที่ฉายออกไปที่รู้จักและภาพที่จับได้เพื่อคำนวณความลึกของวัตถุโดยการหามุมสามเหลี่ยมเพื่อสร้างแผนที่ 3D ที่ละเอียด

ความแม่นยำและความละเอียดของการถ่ายภาพแสงที่มีโครงสร้างได้รับผลกระทบจากปัจจัยต่างๆ เช่น คุณภาพของแหล่งแสง ความซับซ้อนของรูปแบบ และความสามารถของกล้องในการแยกแยะรายละเอียด เทคนิคนี้มีประสิทธิภาพโดยเฉพาะในสภาพแวดล้อมที่มีการควบคุมแสงและลักษณะพื้นผิวของวัตถุที่มองเห็นได้ชัดเจน

การถ่ายภาพแบบ Time-of-Flight คืออะไร?

การถ่ายภาพแบบ Time-of-Flight (ToF) ได้ถูกกล่าวถึงในบทความพิเศษแล้ว การถ่ายภาพแบบ Time-of-Flight (ToF) เป็นเทคโนโลยีที่มีความแม่นยำสูงและประสิทธิภาพแบบเรียลไทม์ และเป็นทางเลือกที่ต้องการสำหรับการสร้างแผนที่ความลึก 3D ในปัจจุบัน ที่หัวใจของเทคโนโลยี ToF คือแหล่งกำเนิดแสง ซึ่งวัดระยะเวลาที่ใช้ในการส่งสัญญาณแสงจากกล้อง สะท้อนจากวัตถุ และกลับไปยังเซ็นเซอร์ ทำให้สามารถคำนวณระยะห่างไปยังวัตถุได้อย่างแม่นยำอย่างน่าทึ่ง ผู้ที่สนใจสามารถดูบทความก่อนหน้านี้เพื่อดูรายละเอียดเกี่ยวกับหลักการของเทคโนโลยี ToF รวมถึงข้อดีและข้อเสียของมัน

การมองเห็นแบบสเตอริโอ vs. แสงที่มีโครงสร้าง vs. การถ่ายภาพแบบ Time-of-Flight (ToF)

เมื่อพูดถึงการสร้างภาพ 3D ตัวเลือกระหว่างการมองแบบสเตอริโอ การสร้างภาพด้วยแสงที่มีโครงสร้าง และเทคนิคการวัดระยะเวลา (ToF) มักขึ้นอยู่กับความต้องการเฉพาะของแอปพลิเคชันแต่ละอย่าง วิธีการแต่ละแบบมีข้อดีและข้อจำกัดของตนเอง ซึ่งเราจะสำรวจอย่างละเอียดเพื่อช่วยให้คุณเข้าใจว่าทำไมกล้อง ToF จึงได้รับการยอมรับว่าเป็นตัวเลือกที่ต้องการสำหรับแอปพลิเคชันการทำแผนที่ 3D หลายๆ ตัว

ทำไมกล้องวัดระยะเวลา (ToF) ถึงเป็นตัวเลือกที่ดีกว่าสำหรับการทำแผนที่ 3D?

ความแม่นยำเป็นสิ่งสำคัญต่อเทคโนโลยีการสร้างแผนที่ 3D ข้างต้น เราได้เรียนรู้ว่า การถ่ายภาพความลึก 3D คืออะไร รวมถึงข้อมูลเกี่ยวกับเวลาในการบิน (ToF), แสงที่มีโครงสร้าง, และการมองเห็นแบบสเตอริโอ มาสรุปสั้น ๆ ว่าทำไมเวลาในการบิน (ToF) จึงเหมาะสมกว่าสำหรับการสร้างแผนที่ 3D

• การวัดความลึกโดยตรง:กล้อง ToF สามารถวัดความลึกได้โดยตรง ทำให้ความต้องการในการประมวลผลข้อมูลง่ายขึ้นเมื่อเปรียบเทียบกับการมองเห็นแบบสเตอริโอหรือระบบแสงที่มีโครงสร้างที่ต้องพึ่งพาอัลกอริธึมที่ซับซ้อนในการคำนวณความลึกจากพารัลแลกซ์ของภาพหรือการบิดเบือนของรูปแบบ
• ความแม่นยำสูงและความสามารถในการขยาย:การให้การวัดที่มีความแม่นยำสูงถึงมม ถึง ซม ร่วมกับช่วงความลึกที่สามารถขยายได้ ทำให้กล้อง ToF เหมาะสำหรับการวัดความแม่นยำที่ระยะทางต่าง ๆ
• ความซับซ้อนของซอฟต์แวร์:ข้อมูลความลึกจากกล้อง ToF ถูกสร้างขึ้นโดยตรงจากเซ็นเซอร์ ลดความจำเป็นในการใช้อัลกอริธึม ประสิทธิภาพการประมวลผลข้อมูลที่ดีขึ้นและการนำไปใช้ที่รวดเร็วขึ้น
• ประสิทธิภาพในที่แสงน้อยที่ดีกว่า:เมื่อเปรียบเทียบกับการมองเห็นแบบสเตอริโอที่พึ่งพาแหล่งกำเนิดแสง กล้อง Tof ทำงานได้ดีกว่าในสภาพแสงน้อยเนื่องจากมีแหล่งกำเนิดแสงที่ใช้งานได้และเชื่อถือได้.
• การออกแบบที่กะทัดรัดและประหยัดพลังงาน:แตกต่างจากเซ็นเซอร์อื่น ๆ กล้อง Tof มีขนาดกะทัดรัดมากขึ้นและใช้พลังงานน้อยลง เหมาะสำหรับอุปกรณ์พกพาหรือที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่.
• การประมวลผลข้อมูลในเวลาจริงกล้อง Tof สามารถจับภาพและประมวลผลข้อมูลความลึกได้อย่างรวดเร็ว ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานแบบเรียลไทม์ เช่น หุ่นยนต์.

แอปพลิเคชันใดบ้างที่ต้องการกล้องเวลาเดินทาง?

หุ่นยนต์เคลื่อนที่อัตโนมัติ (AMR):กล้อง Tof ให้การวัดระยะทางแบบเรียลไทม์และการตรวจจับอุปสรรค ทำให้ AMR มีความยืดหยุ่นในการนำทางในสภาพแวดล้อมกลางแจ้งและในร่มที่ซับซ้อน ช่วยในการวางแผนเส้นทางและหลีกเลี่ยงการชน เพิ่มความเป็นอิสระและความเชื่อถือได้ของหุ่นยนต์.

ยานพาหนะที่นำทางอัตโนมัติ (AGVs):ในคลังสินค้าและสภาพแวดล้อมการผลิต AGVs ที่ติดตั้งกล้อง ToF จะช่วยให้การนำทางที่เชื่อถือได้และการจัดการวัสดุที่แม่นยำ ข้อมูลความลึกที่กล้องเหล่านี้ให้มาช่วยสนับสนุนอัลกอริธึมการค้นหาเส้นทางขั้นสูงเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพโลจิสติกส์และลดการแทรกแซงของมนุษย์.

อุปกรณ์ป้องกันการปลอมแปลงที่ใช้การจดจำใบหน้า:กล้อง ToF ในระบบการจดจำใบหน้าที่เพิ่มขึ้นช่วยป้องกันการเข้าถึงที่ไม่ได้รับอนุญาตผ่านการปลอมแปลงการจดจำใบหน้าด้วยการวิเคราะห์ข้อมูลเชิงลึกที่สามารถแยกแยะระหว่างใบหน้าจริงและความพยายามในการเลียนแบบ (เช่น หน้ากากหรือภาพถ่าย).

บทสรุป

ผ่านบทความนี้ ทำให้เห็นบทบาทที่สำคัญของกล้องเวลาในการบิน (ToF) ในสาขาการถ่ายภาพ 3D ประโยชน์ของกล้อง ToF ยังเน้นศักยภาพในการปฏิวัติอุตสาหกรรมที่พึ่งพาข้อมูลเชิงพื้นที่ที่แม่นยำ.
ในขณะที่การมองเห็นแบบสเตอริโอ, การถ่ายภาพด้วยแสงที่มีโครงสร้าง, และเทคโนโลยี ToF แต่ละอย่างมีข้อดีของตัวเอง, กล้อง ToF โดดเด่นด้วยความสามารถในการให้การวัดความลึกที่ตรง, แม่นยำ, และสามารถปรับขนาดได้ด้วยความซับซ้อนของซอฟต์แวร์ที่ค่อนข้างต่ำ. สิ่งนี้ทำให้พวกเขาเหมาะสำหรับการใช้งานที่ความเร็ว, ความแม่นยำ และความน่าเชื่อถือเป็นสิ่งสำคัญ.

ด้วยประสบการณ์ในอุตสาหกรรมมากกว่าทศวรรษในการจัดหาและปรับแต่งกล้อง OEM, Sinoseen สามารถให้คุณด้วยโซลูชันการถ่ายภาพที่มีความเชี่ยวชาญที่สุดสำหรับโมดูลกล้องของคุณ. ไม่ว่าจะเป็น MIPI, USB, dvp หรือ MIPI csi-2 อินเตอร์เฟซ, Sinoseen มักจะมีโซลูชันสำหรับความพึงพอใจของคุณ, กรุณาอย่าลังเลที่จะติดต่อเราหากคุณต้องการอะไร.