sự khác biệt giữa thời gian bay và các máy ảnh lập bản đồ độ sâu 3D khác

Khả năng cảm nhận và tương tác với thế giới 3D đang trở nên ngày càng quan trọng trong bối cảnh công nghệ hiện nay, và một trong những công nghệ hứa hẹn nhất là công nghệ Time-of-Flight (ToF). Đây là một giải pháp lập bản đồ độ sâu 3D đột phá đang ngày càng phổ biến trong các lĩnh vực không di động như tự động hóa công nghiệp và bán lẻ. Mặc dù khái niệm ToF đã xuất hiện từ những năm 1990 cùng với công nghệ CCD khóa, nhưng chỉ trong vài năm qua, nó mới từ từ trưởng thành để đáp ứng các yêu cầu khắt khe của thị trường chuyên nghiệp.

Trong bài viết này, chúng ta sẽ xem xét kỹ lưỡng lý do tại sao camera ToF ngày càng trở nên phổ biến cho việc lập bản đồ độ sâu 3D, và cách chúng khác biệt so với các công nghệ hình ảnh 3D khác như hình ảnh thị giác stereo và hình ảnh ánh sáng cấu trúc.

Lập bản đồ độ sâu 3D là gì?

Bản đồ độ sâu 3D, cũng có thể được gọi là cảm biến độ sâu hoặc lập bản đồ 3D. Đây là một công nghệ tiên tiến tạo ra một đại diện hình ảnh 3D của một không gian hoặc đối tượng bằng cách đo chính xác khoảng cách giữa cảm biến và các điểm khác nhau trong môi trường. Nó vượt qua những hạn chế của dữ liệu camera 2D truyền thống và rất quan trọng cho các ứng dụng yêu cầu nhận thức không gian chính xác và khả năng ra quyết định theo thời gian thực.

ở trung tâm của nó,Bản đồ độ sâu 3Dbao gồm việc chiếu một nguồn sáng lên một đối tượng và sau đó sử dụng một camera hoặc cảm biến để ghi lại ánh sáng phản xạ. Dữ liệu được ghi lại được phân tích để xác định độ trễ thời gian hoặc sự sai lệch mẫu của ánh sáng phản xạ nhằm tạo ra một bản đồ độ sâu. Nói một cách đơn giản, một bản đồ độ sâu là một bản thiết kế kỹ thuật số mô tả khoảng cách tương đối giữa mỗi yếu tố trong cảnh và cảm biến. Bản đồ độ sâu 3D là sự khác biệt giữa một hình ảnh tĩnh và một thế giới tương tác động.

Công nghệ thị giác stereo là gì?

Công nghệ thị giác stereo được lấy cảm hứng từ khả năng của mắt người trong việc nhận biết độ sâu thông qua thị giác hai mắt. Công nghệ này sử dụng khái niệm parallax stereo để mô phỏng hệ thống thị giác của mắt người, nơi mỗi camera ghi lại trường nhìn của nó và sau đó sử dụng những hình ảnh khác nhau này để tính toán khoảng cách của các đối tượng trong một cảnh. Parallax stereo là sự khác biệt trong vị trí của hình ảnh của một đối tượng được nhìn thấy bởi mắt trái và mắt phải. Và quá trình mà não bộ trích xuất thông tin độ sâu từ một hình ảnh võng mạc 2D thông qua parallax hai mắt được gọi là stereopsis.

Camera thị giác stereo sử dụng công nghệ này. Chúng chụp hai hình ảnh riêng biệt từ các góc nhìn khác nhau (tương tự như mắt người) và sau đó tương quan các hình ảnh này để xác định khoảng cách đến đối tượng. Bản đồ độ sâu được xây dựng bằng cách nhận diện các đặc điểm tương ứng trong hai hình ảnh và đo độ dịch chuyển ngang hoặc hiện tượng parallax giữa các đặc điểm này. Một điều cần lưu ý là hiện tượng parallax càng lớn, đối tượng càng gần người quan sát.

Camera thị giác stereo hoạt động như thế nào?

Camera thị giác stereo bắt chước kỹ thuật của mắt người, mà nhận biết độ sâu thông qua hình học của tam giác, nơi có một số thuộc tính chính cần xem xét:

• Cơ sở: khoảng cách giữa hai camera, tương tự như khoảng cách giữa hai con ngươi (~50-75 mm, khoảng cách đồng tử).
• Độ phân giải: tỷ lệ với độ sâu. Cảm biến có độ phân giải cao hơn cung cấp nhiều pixel hơn để phân tích hiện tượng parallax, cho phép tính toán độ sâu chính xác hơn.
• Tiêu cự: Tiêu cự tỷ lệ thuận với độ sâu trường ảnh. Ảnh hưởng đến phạm vi độ sâu và góc nhìn, tiêu cự ngắn, góc nhìn rộng, nhưng khả năng cảm nhận độ sâu của trường gần kém;độ dài tiêu cựnếu cao, góc nhìn lớn, quan sát chi tiết hơn các đối tượng trong trường gần.

Camera thị giác stereo đặc biệt phù hợp cho các ứng dụng ngoài trời yêu cầu góc nhìn lớn, chẳng hạn như hệ thống điều hướng tự động và tái tạo 3D. Tất nhiên, công nghệ này yêu cầu hình ảnh được chụp phải có đủ chi tiết và kết cấu hoặc sự không đồng nhất. Chúng ta cũng có thể tăng cường những kết cấu và chi tiết này bằng cách chiếu sáng cảnh bằng ánh sáng có cấu trúc để tăng cường phát hiện đặc trưng và cải thiện chất lượng bản đồ độ sâu.

Hình ảnh ánh sáng có cấu trúc là gì?

Hình ảnh ánh sáng có cấu trúc là một phương pháp lập bản đồ độ sâu 3D tinh vi sử dụng một nguồn sáng để chiếu một mẫu lên bề mặt và sau đó ghi lại sự biến dạng của mẫu đó khi nó tương tác với hình học 3D của đối tượng. Kỹ thuật này cho phép đo chính xác kích thước của một đối tượng và tái tạo hình dạng 3D của nó.

Trong hình ảnh 3D, camera ánh sáng có cấu trúc sử dụng một nguồn sáng như laser hoặc LED để chiếu một mẫu (thường là một lưới hoặc một loạt các sọc). Mục đích của mẫu là để nâng cao khả năng của camera trong việc nhận diện và đo lường sự thay đổi trên bề mặt mà nó chiếu sáng. Khi mẫu chiếu sáng bề mặt của một đối tượng, nó bị biến dạng theo hình dạng và các thuộc tính không gian của đối tượng. CameraMô-đun máy ảnhcó thể ghi lại những mẫu biến dạng này từ các góc độ khác nhau so với nguồn sáng.

Camera ánh sáng có cấu trúc hoạt động như thế nào?

Quá trình hình ảnh camera ánh sáng có cấu trúc bao gồm một số bước, được tóm tắt ngắn gọn dưới đây:

• Chiếu sáng mẫu: Một mẫu ánh sáng được thiết kế đặc biệt được chiếu lên một đối tượng, sau đó bị biến dạng để đạt được bản đồ 3D dựa trên các đường viền của đối tượng.
• Chụp hình ảnh: Mẫu bị biến dạng được camera ghi lại và những thay đổi trong mẫu được quan sát ở một góc nhất định. Độ sâu của đối tượng được suy ra bằng cách so sánh mẫu ánh sáng đã biết và sự tương tác của ánh sáng với bề mặt 3D của đối tượng.
• Tam giác hóa: Camera sử dụng mẫu đã biết và hình ảnh đã chụp để tính toán độ sâu của đối tượng bằng cách tam giác hóa để tạo ra một bản đồ 3D chi tiết.

Độ chính xác và độ phân giải của hình ảnh ánh sáng cấu trúc bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như chất lượng của nguồn sáng, độ phức tạp của mẫu, và khả năng của camera trong việc phân giải chi tiết. Kỹ thuật này đặc biệt hiệu quả trong các môi trường mà ánh sáng được kiểm soát và các đặc điểm bề mặt của đối tượng rõ ràng.

Hình ảnh Thời gian bay là gì?

Công nghệ hình ảnh Thời gian bay (ToF) đã được đề cập trong một bài viết đặc biệt. Hình ảnh Thời gian bay (ToF) là một công nghệ có độ chính xác cao và hiệu suất thời gian thực, và là giải pháp được ưa chuộng cho việc lập bản đồ độ sâu 3D ngày nay. Ở trung tâm của công nghệ ToF là nguồn sáng, đo thời gian mà tín hiệu ánh sáng mất để lan truyền từ camera, phản xạ khỏi vật thể và quay trở lại cảm biến, cho phép tính toán khoảng cách đến vật thể với độ chính xác đáng kinh ngạc. Các bên quan tâm có thể tham khảo bài viết trước đó để có cái nhìn sâu sắc về các nguyên tắc của công nghệ ToF cũng như những ưu điểm và nhược điểm của nó.

Thị giác Stereo so với Ánh sáng có cấu trúc so với Hình ảnh Thời gian bay (ToF)

Khi nói đến hình ảnh 3D, sự lựa chọn giữa thị giác stereo, hình ảnh ánh sáng cấu trúc và kỹ thuật thời gian bay (ToF) thường phụ thuộc vào các yêu cầu cụ thể của ứng dụng. Mỗi phương pháp đều có những lợi ích và hạn chế riêng, mà chúng tôi sẽ khám phá chi tiết để giúp bạn hiểu tại sao camera ToF ngày càng được công nhận là lựa chọn ưu tiên cho nhiều ứng dụng lập bản đồ 3D.

Tại sao camera thời gian bay (ToF) lại là lựa chọn tốt hơn cho lập bản đồ 3D?

Độ chính xác là rất quan trọng đối với công nghệ lập bản đồ 3D. Ở trên, chúng ta đã tìm hiểu về hình ảnh độ sâu 3D, cũng như thông tin về thời gian bay (ToF), ánh sáng cấu trúc và thị giác stereo. Hãy tóm tắt ngắn gọn lý do tại sao thời gian bay (ToF) phù hợp hơn cho lập bản đồ 3D.

• Đo độ sâu trực tiếp:Camera ToF có thể đo độ sâu trực tiếp, đơn giản hóa yêu cầu xử lý dữ liệu so với thị giác stereo hoặc hệ thống ánh sáng cấu trúc dựa vào các thuật toán phức tạp để tính toán độ sâu dựa trên sự khác biệt hình ảnh hoặc biến dạng mẫu.
• Độ chính xác cao và khả năng mở rộng:Cung cấp các phép đo độ chính xác cao lên đến mm đến cm, kết hợp với phạm vi độ sâu có thể mở rộng, khiến camera ToF phù hợp cho các phép đo chính xác ở các khoảng cách khác nhau.
• Độ phức tạp phần mềm:Dữ liệu độ sâu của camera ToF được tạo ra trực tiếp từ cảm biến, giảm thiểu nhu cầu về các thuật toán. Cải thiện hiệu quả xử lý dữ liệu và triển khai nhanh hơn.
• Hiệu suất trong điều kiện ánh sáng yếu tốt hơn:So với thị giác stereo dựa vào nguồn sáng, camera Tof hoạt động tốt hơn trong điều kiện ánh sáng yếu nhờ vào nguồn sáng chủ động và đáng tin cậy.
• Thiết kế nhỏ gọn và tiết kiệm năng lượng:Khác với các cảm biến khác, camera Tof nhỏ gọn hơn và tiêu thụ ít năng lượng hơn. Lý tưởng cho các thiết bị di động hoặc chạy bằng pin.
• xử lý dữ liệu thời gian thực:Camera Tof ghi lại và xử lý dữ liệu độ sâu rất nhanh, làm cho nó lý tưởng cho các ứng dụng thời gian thực như robot.

Các ứng dụng nào cần camera thời gian bay?

Robot di động tự động (AMR):Camera Tof cung cấp đo khoảng cách và phát hiện chướng ngại vật theo thời gian thực, giúp AMR linh hoạt điều hướng trong các môi trường phức tạp cả trong nhà và ngoài trời. Hỗ trợ lập kế hoạch đường đi và tránh va chạm, cải thiện tính tự động và độ tin cậy của robot.

Xe tự hành có hướng dẫn (AGVs):Trong môi trường kho bãi và sản xuất, AGV được trang bị camera ToF đảm bảo điều hướng đáng tin cậy và xử lý vật liệu chính xác. Dữ liệu độ sâu do các camera này cung cấp hỗ trợ các thuật toán tìm đường tiên tiến để tối ưu hóa logistics và giảm can thiệp của con người.

Thiết bị chống giả mạo dựa trên nhận diện khuôn mặt:Camera ToF trong các hệ thống nhận diện khuôn mặt tăng cường ngăn chặn truy cập trái phép thông qua việc giả mạo nhận diện khuôn mặt bằng cách phân tích dữ liệu sâu có thể phân biệt giữa một khuôn mặt thật và một nỗ lực sao chép nó (ví dụ: mặt nạ hoặc ảnh).

kết luận

Thông qua bài viết này, rõ ràng thấy vai trò quan trọng của camera thời gian bay (ToF) trong lĩnh vực hình ảnh 3D. Lợi ích của camera ToF cũng làm nổi bật tiềm năng của chúng trong việc cách mạng hóa các ngành công nghiệp phụ thuộc vào dữ liệu không gian chính xác.
Trong khi thị giác stereo, hình ảnh ánh sáng cấu trúc và công nghệ ToF mỗi loại đều có những ưu điểm riêng, thì camera ToF nổi bật với khả năng cung cấp các phép đo độ sâu trực tiếp, chính xác và có thể mở rộng với độ phức tạp phần mềm tương đối thấp. Điều này làm cho chúng trở nên lý tưởng cho các ứng dụng mà tốc độ, độ chính xác và độ tin cậy là rất quan trọng.

Với hơn một thập kỷ kinh nghiệm trong ngành cung cấp và tùy chỉnhcamera OEM, Sinoseen có thể cung cấp cho bạn những giải pháp hình ảnh chuyên biệt nhất cho mô-đun camera của bạn. Dù đó là giao diện MIPI, USB, dvp hay MIPI csi-2, Sinoseen luôn có giải pháp để bạn hài lòng, xin vui lòng liên hệ với chúng tôi nếu bạn cần bất cứ điều gì.