Sự khác biệt giữa thời gian bay (ToF) và các camera lập bản đồ độ sâu 3D khác

Khả năng cảm nhận và tương tác với thế giới 3D ngày càng trở nên quan trọng trong bối cảnh công nghệ ngày nay và một trong những hứa hẹn nhất là công nghệ Time-of-Flight (ToF). Đây là một giải pháp lập bản đồ độ sâu 3D đột phá đang trở nên phổ biến trong các lĩnh vực phi 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 khóa CCD, nhưng chỉ trong vài năm gần đây, nó đã dần trưởng thành để đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt của thị trường chuyên nghiệp.

Trong bài đăng này, chúng ta sẽ đi sâu vào lý do tại sao máy ảnh ToF ngày càng trở nên phổ biến hơn để lập bản đồ độ sâu 3D và chúng khác với các công nghệ hình ảnh 3D khác như hình ảnh tầm nhìn âm thanh nổi và hình ảnh ánh sáng có cấu trúc.

Lập bản đồ độ sâu 3D là gì?

Lập 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 xem 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 phá vỡ những hạn chế của dữ liệu camera 2D truyền thống và rất quan trọng đối với các ứng dụng yêu cầu nhận thức không gian chính xác và khả năng ra quyết định theo thời gian thực.

Tại cốt lõi của nó,Lập bản đồ độ sâu 3DLiên quan đến việc chiếu nguồn sáng lên một vật thể và sau đó sử dụng máy ảnh hoặc cảm biến để thu ánh sáng phản xạ. Dữ liệu thu được được phân tích để xác định độ trễ thời gian hoặc độ lệch mẫu của ánh sáng phản xạ để tạo ra bản đồ độ sâu. Theo thuật ngữ của giáo dân, bản đồ độ sâu là một bản thiết kế kỹ thuật số mô tả khoảng cách tương đối giữa mỗi yếu tố cảnh và bản đồ độ sâu sensor.3D là sự khác biệt giữa hình ảnh tĩnh và thế giới tương tác động.

Công nghệ thị giác âm thanh nổi là gì?

Công nghệ thị giác âm thanh nổi được lấy cảm hứng từ khả năng cảm nhận chiều sâu của mắt người thông qua tầm nhìn hai mắt. Công nghệ này sử dụng khái niệm thị sai âm thanh nổi để bắt chước hệ thống thị giác của mắt người, trong đó 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. Thị sai âm thanh nổi là sự khác biệt về vị trí của hình ảnh của một vật thể được nhìn thấy bằng mắt trái và mắt phải. Và quá trình não trích xuất thông tin độ sâu từ hình ảnh võng mạc 2D thông qua thị sai hai mắt được gọi là lập thể.

Camera tầm nhìn âm thanh nổi sử dụng chính công nghệ này. Họ chụp hai hình ảnh riêng biệt từ các quan điểm khác nhau (tương tự như mắt người) và sau đó tương quan tính toán những hình ảnh này để xác định khoảng cách đối tượng. Bản đồ độ sâu được xây dựng bằng cách nhận ra các tính năng tương ứng trong hai hình ảnh và đo độ dịch chuyển ngang hoặc thị sai giữa các tính năng này. Một điều cần lưu ý là thị sai càng lớn, vật thể càng gần người quan sát.

Camera tầm nhìn âm thanh nổi hoạt động như thế nào?

Camera tầm nhìn âm thanh nổi bắt chước kỹ thuật của mắt người, nhận biết chiều sâu thông qua hình học của tam giác, trong đó có một số thuộc tính chính cần tính đến:

• Đường cơ sở: khoảng cách giữa hai camera, tương tự như khoảng cách đồng tử của con người (~ 50-75 mm, khoảng cách đồng tử).
• Độ phân giải: tỷ lệ thuận với độ sâu. Cảm biến độ phân giải cao hơn cung cấp nhiều pixel hơn để phân tích thị sai, cho phép tính toán độ sâu chính xác hơn.
• Độ dài tiêu cự: Độ dài tiêu cự tỷ lệ thuận với độ sâu trường ảnh. Ảnh hưởng đến phạm vi độ sâu và trường nhìn, tiêu cự ngắn về chiều dài, trường nhìn rộng, nhưng nhận thức độ sâu kém của trường gần;tiêu cựcao, trường nhìn rộng, quan sát chi tiết hơn các vật thể trong trường gần.

Camera tầm nhìn âm thanh nổi đặc biệt thích hợp cho các ứng dụng ngoài trời đòi hỏi trường nhìn lớn, chẳng hạn như hệ thống định vị tự động và tái tạo 3D. Tất nhiên, công nghệ đòi hỏi hình ảnh được chụp phải có đủ chi tiết và kết cấu hoặc không đồng nhất. Chúng tôi cũng có thể nâng cao các kết cấu và chi tiết này bằng cách chiếu sáng cảnh bằng ánh sáng có cấu trúc để tăng cường phát hiện tính năng và cải thiện chất lượng của 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 nguồn sáng để chiếu một mẫu lên bề mặt và sau đó nắm bắt 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 vật thể và tái tạo hình dạng 3D của nó.

Trong hình ảnh 3D, máy ảnh ánh sáng có cấu trúc sử dụng nguồn sáng như laser hoặc LED để chiếu một mẫu (thường là lưới hoặc một loạt các sọc). Mục đích của mẫu này là để tăng cường khả năng của máy ảnh để nhận ra và đo lường những thay đổi trên bề mặt mà nó chiếu sáng. Khi mô hình chiếu sáng bề mặt của một vật thể, nó biến dạng theo hình dạng và tính chất không gian của vật thể. CácMô-đun máy ảnhcó thể chụp được những hoa văn méo này ở các góc khác nhau với nguồn sáng.

Máy ảnh ánh sáng có cấu trúc hoạt động như thế nào?

Hình ảnh máy ảnh ánh sáng có cấu trúc bao gồm một số bước, được tóm tắt ngắn gọn dưới đây:

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

Độ chính xác và độ phân giải của hình ảnh ánh sáng có cấu trúc bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như chất lượng của nguồn sáng, độ phức tạp của hoa văn, và khả năng phân giải chi tiết của máy ảnh. Kỹ thuật này đặc biệt hiệu quả trong môi trường kiểm soát ánh sáng và các đặc điểm bề mặt của vật thể có thể nhìn thấy rõ.

Hình ảnh thời gian bay là gì?

Hình ảnh Time-of-Flight (ToF) đã được đề cập trong một bài viết đặc biệt. Hình ảnh Time-of-Flight (ToF) là một công nghệ có độ chính xác cao và hiệu suất thời gian thực, và là giải pháp được ưu tiên để lập bản đồ độ sâu 3D hiện nay. Trọng tâm của công nghệ ToF là nguồn sáng, đo thời gian cần thiết để tín hiệu ánh sáng truyền ra từ máy ảnh, phản xạ khỏi vật thể và quay trở lại cảm biến, cho phép tính toán khoảng cách đến đối tượng với độ chính xác đáng kinh ngạc. Các bên quan tâm có thể tham khảo bài viết trước để có cái nhìn sâu sắc về các nguyên tắc của công nghệ ToF cũng như những ưu nhược điểm và thiếu sót của nó.

Tầm nhìn âm thanh nổi 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 tầm nhìn âm thanh nổi, hình ảnh ánh sáng có cấu trúc và kỹ thuật thời gian bay (ToF) thường phụ thuộc vào các yêu cầu cụ thể của ứng dụng. Mỗi cách tiếp cận đều có những lợi ích và hạn chế riêng, 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 máy ảnh thời gian bay (ToF) là lựa chọn tốt hơn để 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 hình ảnh độ sâu 3D là gì, cũng như thông tin về thời gian bay (ToF), ánh sáng có cấu trúc và tầm nhìn âm thanh nổi. 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 các yêu cầu xử lý dữ liệu so với tầm nhìn âm thanh nổi hoặc hệ thống ánh sáng có cấu trúc dựa trên các thuật toán phức tạp để tính toán độ sâu dựa trên thị sai hình ảnh hoặc biến dạng mẫu.
• Độ chính xác và khả năng mở rộng cao:Cung cấp các phép đo có độ chính xác cao lên đến mm đến cm, kết hợp với phạm vi độ sâu có thể mở rộng, làm cho máy ảnh ToF rất phù hợp để đo chính xác ở các khoảng cách khác nhau.
• Độ phức tạp của phần mềm:Dữ liệu độ sâu camera ToF được tạo trực tiếp từ cảm biến, giảm nhu cầu về thuật toán. Cải thiện hiệu quả xử lý dữ liệu và triển khai nhanh hơn.
• Hiệu suất ánh sáng yếu tốt hơn:So với tầm nhìn âm thanh nổi dựa vào nguồn sáng, máy ảnh Tof hoạt động tốt hơn trong điều kiện ánh sáng yếu do nguồn sáng hoạt động và đáng tin cậy.
• Thiết kế nhỏ gọn và tiết kiệm năng lượng:Không giống như các cảm biến khác, máy ảnh 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 chụp và xử lý dữ liệu độ sâu rất nhanh, lý tưởng cho các ứng dụng thời gian thực như robot.

Những ứng dụng nào cần camera thời gian bay?

Robot di động tự trị (AMR):Camera Tof cung cấp khả năng đo khoảng cách thời gian thực và phát hiện chướng ngại vật, mang lại cho AMR sự linh hoạt để điều hướng trong môi trường ngoài trời và trong nhà phức tạp. Giúp lập kế hoạch đường đi và tránh va chạm, cải thiện khả năng tự chủ và độ tin cậy của robot.

Xe dẫn đường tự động (AGV):Trong môi trường kho 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 được cung cấp bởi các camera này hỗ trợ các thuật toán tìm đường tiên tiến để tối ưu hóa hậu cần và giảm sự can thiệp của con người.

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

Kết thúc

Qua bài viết này, có thể thấy rõ vai trò quan trọng của camera time-of-flight (ToF) trong lĩnh vực chụp ảnh 3D. Những lợi ích của máy ảnh ToF cũng làm nổi bật tiềm năng của chúng để cách mạng hóa các ngành công nghiệp dựa trên dữ liệu không gian chính xác.
Trong khi tầm nhìn âm thanh nổi, hình ảnh ánh sáng có cấu trúc và công nghệ ToF đều có giá trị riêng giữa chúng, máy ảnh 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 trong việc cung cấp và tùy chỉnhMáy ảnh OEM, Sinoseen có thể cung cấp cho bạn các giải pháp hình ảnh chuyên biệt nhất cho mô-đun máy ảnh của bạn. Cho dù đó là giao diện MIPI, USB, dvp hay MIPI csi-2, Sinoseen luôn có giải pháp cho sự hài lòng của bạn, vui lòng liên hệ với chúng tôi nếu bạn cần bất cứ điều gì.