Uçuş süresi arasındaki fark (tof) ve diğer 3D derinlik haritalama kameraları

3D dünyayı algılama ve etkileşim kurma yeteneği, günümüz teknoloji ortamında giderek daha önemli hale geliyor ve en umut verici olanlardan biri Zaman-Uçuşu (ToF) teknolojisi. Bu, endüstriyel otomasyon ve perakende gibi mobil olmayan alanlarda popülarite kazanan bir 3D derinlik haritalama çözümüdür. ToF kavramı, 1990'lı yıllardan beri kilit CCD teknolojisi ile birlikte var olmasına rağmen, yalnızca son birkaç yılda profesyonel pazarın katı gereksinimlerini karşılamak için yavaş yavaş olgunlaşmıştır.

Bu yazıda, ToF kameralarının 3D derinlik haritalama için neden giderek daha popüler hale geldiğine ve bunların stereo görüş görüntüleme ve yapılandırılmış ışık görüntüleme gibi diğer 3D görüntüleme teknolojilerinden nasıl farklılaştığına derinlemesine bir bakış atacağız.

3D derinlik haritalama nedir?

3D derinlik haritalama, derinlik algılama veya 3D haritalama olarak da adlandırılabilir. Bu, bir alanın veya nesnenin 3D görünüm temsilini oluşturmak için sensör ile çevredeki çeşitli noktalar arasındaki mesafeyi doğru bir şekilde ölçen, son teknoloji bir teknolojidir. Geleneksel 2D kamera verilerinin sınırlamalarını aşar ve doğru mekansal algı ve gerçek zamanlı karar verme yetenekleri gerektiren uygulamalar için kritik öneme sahiptir.

Temelinde,3D derinlik haritalamabir ışık kaynağını bir nesneye projekte etmeyi ve ardından yansıtılan ışığı yakalamak için bir kamera veya sensör kullanmayı içerir. Yakalanan veriler, derinlik haritası oluşturmak için yansıtılan ışığın zaman gecikmesini veya desen sapmasını belirlemek üzere analiz edilir. Basit bir ifadeyle, bir derinlik haritası, her sahne öğesi ile sensör arasındaki göreceli mesafeyi tanımlayan dijital bir plan şemasıdır. 3D derinlik haritalama, statik bir görüntü ile dinamik etkileşimli bir dünya arasındaki farktır.

Stereo görme teknolojisi nedir?

Stereo görme teknolojisi, insan gözünün çift gözle derinliği algılama yeteneğinden ilham almıştır. Bu teknoloji, her kameranın görüş alanını kaydettiği ve ardından bu farklı görüntüleri kullanarak bir sahnedeki nesnelerin mesafelerini hesapladığı stereo paralaks kavramını kullanır. Stereo paralaks, bir nesnenin sol göz ve sağ göz tarafından görülen görüntüsünün konumundaki farktır. Beynin, çift gözle paralaks aracılığıyla 2D retinada bulunan görüntüden derinlik bilgilerini çıkardığı süreç ise stereopsis olarak adlandırılır.

Stereo görüş kameraları bu teknolojiyi kullanır. Farklı bakış açılarından iki ayrı görüntü yakalarlar (insan gözüne benzer) ve ardından bu görüntüleri hesaplamalı olarak ilişkilendirerek nesne mesafelerini belirlerler. Derinlik haritaları, iki görüntüdeki karşılık gelen özellikleri tanıyarak ve bu özellikler arasındaki yatay kaymayı veya paralaksı ölçerek oluşturulur. Dikkate alınması gereken bir şey, paralaksın ne kadar büyükse, nesnenin gözlemciye o kadar yakın olduğudur.

Stereo görüş kamerası nasıl çalışır?

Stereo görüş kameraları, derinliği üçgenleme geometrisi aracılığıyla algılayan insan gözünün tekniğini taklit eder; dikkate alınması gereken birkaç ana özellik vardır:

• Temel hat: iki kamera arasındaki mesafe, insan pupili aralığına benzer (~50-75 mm, pupiller arası mesafe).
• Çözünürlük: derinlikle orantılıdır. Daha yüksek çözünürlüklü sensörler, paralaksı analiz etmek için daha fazla piksel sağlar ve bu da daha doğru derinlik hesaplamalarına olanak tanır.
• Odak uzaklığı: Odak uzaklığı, alan derinliği ile orantılıdır. Derinlik aralığını ve görüş alanını etkiler, kısa odak uzaklığı geniş bir görüş alanı sağlar, ancak yakın alanın derinlik algısı zayıftır;odak uzaklığıyüksektir, görüş alanı büyüktür, yakın alandaki nesnelerin daha ayrıntılı gözlemi yapılabilir.

Stereo görme kameraları, otomatik navigasyon sistemleri ve 3D yeniden yapılandırma gibi geniş bir görüş alanı gerektiren dış mekan uygulamaları için özellikle uygundur. Elbette, teknoloji, yakalanan görüntünün yeterli ayrıntı ve doku veya heterojenlik içermesi gerektiğini gerektirir. Ayrıca, özellik tespiti artırmak ve derinlik haritasının kalitesini iyileştirmek için sahneyi yapılandırılmış aydınlatma ile aydınlatarak bu dokuları ve ayrıntıları da artırabiliriz.

Yapılandırılmış ışık görüntüleme nedir?

Yapılandırılmış ışık görüntüleme, bir yüzeye bir desen projekte etmek için bir ışık kaynağı kullanan ve ardından bu desenin nesnenin 3D geometrisi ile etkileşime girdiğinde meydana gelen bozulmayı yakalayan sofistike bir 3D derinlik haritalama yöntemidir. Bu teknik, bir nesnenin boyutlarının doğru bir şekilde ölçülmesini ve 3D şeklinin yeniden yapılandırılmasını sağlar.

3D görüntülemede, yapılandırılmış ışık kameraları, bir desen (genellikle bir ızgara veya bir dizi şerit) projekte etmek için lazer veya LED gibi bir ışık kaynağı kullanır. Desenin amacı, kameranın aydınlattığı yüzeydeki değişiklikleri tanıma ve ölçme yeteneğini artırmaktır. Desen bir nesnenin yüzeyini aydınlattığında, nesnenin şekline ve mekansal özelliklerine göre deforme olur.Kamera modülüBu bozulmuş desenleri ışık kaynağına farklı açılardan yakalayabilir.

Yapılandırılmış ışık kamerası nasıl çalışır?

Yapılandırılmış ışık kamera görüntülemesi birkaç adım içerir, bunlar kısaca aşağıda özetlenmiştir:

• Desen projeksiyonu: Özel olarak tasarlanmış bir ışık deseni bir nesneye projekte edilir, ardından nesnenin konturlarına dayalı olarak 3D haritalama elde etmek için deforme edilir.
• Görüntü Yakalama: Deforme olmuş desen kamera tarafından yakalanır ve desenin değişiklikleri belirli bir açıdan gözlemlenir. Nesnenin derinliği, bilinen projekte edilmiş ışık deseni ile nesnenin 3D yüzeyi ile ışık etkileşimi karşılaştırılarak çıkarılır.
• Üçgenleme: Kamera, bilinen projekte edilmiş deseni ve yakalanan görüntüyü kullanarak nesnenin derinliğini üçgenleme ile hesaplar ve ayrıntılı bir 3D harita oluşturur.

Yapılandırılmış ışık görüntülemenin doğruluğu ve çözünürlüğü, ışık kaynağının kalitesi, desenin karmaşıklığı ve kameranın detayları çözme yeteneği gibi faktörlerden etkilenir. Bu teknik, aydınlatmanın kontrol altında olduğu ve nesnenin yüzey özelliklerinin net bir şekilde görülebilir olduğu ortamlarda özellikle etkilidir.

Zaman-Uçuş Görüntüleme nedir?

Uçuş Süresi (ToF) görüntüleme daha önce özel bir makalede ele alınmıştır. Uçuş Süresi (ToF) görüntüleme, yüksek hassasiyet ve gerçek zamanlı performansa sahip bir teknolojidir ve günümüzde 3D derinlik haritalama için tercih edilen çözümdür. ToF teknolojisinin merkezinde, ışık sinyalinin kameradan yayılma süresini, nesneden yansımasını ve sensöre geri dönmesini ölçen ışık kaynağı bulunmaktadır; bu da nesneye olan mesafenin şaşırtıcı bir hassasiyetle hesaplanmasını sağlar. İlgilenen taraflar, ToF teknolojisinin prensiplerine, avantajlarına ve dezavantajlarına derinlemesine bir bakış için önceki makaleye başvurabilirler.

Stereo Görüş vs. Yapılandırılmış Işık vs. Uçuş Süresi (ToF) Görüntüleme

3D görüntüleme söz konusu olduğunda, stereo görüş, yapılandırılmış ışık görüntüleme ve zaman-of-uçuş (ToF) teknikleri arasındaki seçim genellikle uygulamanın özel gereksinimlerine bağlıdır. Her yaklaşımın kendi avantajları ve sınırlamaları vardır, bunları detaylı bir şekilde inceleyeceğiz, böylece ToF kameralarının birçok 3D haritalama uygulaması için neden giderek daha fazla tercih edilen seçenek olarak kabul edildiğini anlayabilirsiniz.

Zaman-of-uçuş (ToF) kamerası neden 3D haritalama için daha iyi bir seçimdir?

Doğruluk, 3D haritalama teknolojisi için kritik öneme sahiptir. Yukarıda, 3D derinlik görüntülemenin ne olduğunu, zaman uçuşu (ToF), yapılandırılmış ışık ve stereo görüş hakkında bilgi edindik. Şimdi, zaman uçuşu (ToF) teknolojisinin 3D haritalama için neden daha uygun olduğunu kısaca özetleyelim.

• Doğrudan Derinlik Ölçümü:ToF kameraları derinliği doğrudan ölçebilir, bu da görüntü paralaksı veya desen bozulması temelinde derinliği hesaplamak için karmaşık algoritmalara dayanan stereo görüş veya yapılandırılmış ışık sistemlerine kıyasla veri işleme gereksinimlerini basitleştirir.
• Yüksek Doğruluk ve Genişletilebilirlik:mm'den cm'ye kadar yüksek doğruluk ölçümleri sağlayarak, genişletilebilir derinlik aralığı ile ToF kamerayı farklı mesafelerde hassas ölçümler için uygun hale getirir.
• Yazılım karmaşıklığı:ToF kamera derinlik verileri doğrudan sensörden üretilir, bu da algoritmalara olan ihtiyacı azaltır. Geliştirilmiş veri işleme verimliliği ve daha hızlı uygulama sağlar.
• Daha iyi düşük ışık performansı:Işık kaynağına dayanan stereo görüşle karşılaştırıldığında, Tof kameralar aktif ve güvenilir bir ışık kaynağı sayesinde düşük ışık koşullarında daha iyi performans gösterir.
• Kompakt ve enerji verimli tasarım:Diğer sensörlerin aksine, Tof kameralar daha kompakt olup daha az enerji tüketir. Taşınabilir veya pil ile çalışan cihazlar için idealdir.
• Gerçek zamanlı veri işleme:Tof kamera derinlik verilerini çok hızlı bir şekilde yakalar ve işler, bu da onu robotik gibi gerçek zamanlı uygulamalar için ideal hale getirir.

Hangi uygulamalar zaman-of-flight kameralarına ihtiyaç duyar?

Otonom Mobil Robotlar (AMR):Tof kamera gerçek zamanlı mesafe ölçümü ve engel tespiti sağlar, bu da AMR'ye karmaşık açık ve kapalı alanlarda gezinme esnekliği kazandırır. Yol planlaması ve çarpışma önleme konusunda yardımcı olarak robotun otonomisini ve güvenilirliğini artırır.

Otomatik Yönlendirilmiş Araçlar (AGV'ler):Depo ve üretim ortamlarında, ToF kameralarla donatılmış AGV'ler güvenilir navigasyon ve doğru malzeme taşıma sağlar. Bu kameralar tarafından sağlanan derinlik verileri, lojistiği optimize etmek ve insan müdahalesini azaltmak için gelişmiş yol bulma algoritmalarını destekler.

Yüz tanıma tabanlı sahtecilik önleme cihazları:Artırılmış yüz tanıma sistemlerinde ToF kameralar, gerçek bir yüz ile onu taklit etme girişimini (örneğin, bir maske veya fotoğraf) ayırt edebilen derinlemesine verileri analiz ederek yüz tanıma sahteciliği yoluyla yetkisiz erişimi önler.

Sonuç

Bu makale aracılığıyla, zaman-of-flight (ToF) kameraların 3D görüntüleme alanındaki önemli rolü açıkça görülmektedir. ToF kameraların faydaları, aynı zamanda doğru mekansal verilere dayanan endüstrileri devrim niteliğinde dönüştürme potansiyelini de vurgulamaktadır.
Stereo görüş, yapılandırılmış ışık görüntüleme ve ToF teknolojilerinin her birinin kendi avantajları olsa da, ToF kameraları doğrudan, doğru ve ölçeklenebilir derinlik ölçümleri sağlama yetenekleri ile öne çıkmaktadır ve bu da onları hız, doğruluk ve güvenilirliğin kritik olduğu uygulamalar için ideal hale getirmektedir.

On yılı aşkın bir endüstri deneyimi ileOEM kameraları, Sinoseen, kamera modülünüz için en özel görüntüleme çözümlerini sunabilir. MIPI, USB, dvp veya MIPI csi-2 arayüzü olsun, Sinoseen her zaman memnuniyetiniz için bir çözüm sunmaktadır, eğer bir şeye ihtiyacınız olursa lütfen bizimle iletişime geçmekten çekinmeyin.