كاميرات استشعار العمق: كم نوعًا منها وما هي طريقة عملها؟

أصبحت وحدات الكاميرات المستشعرة للعمق تقنية أساسية في الأنظمة المدمجة، والروبوتات، والتحكم الصناعي، والمركبات ذاتية القيادة. فهي تمكن الآلات من "رؤية" العالم بثلاث أبعاد، تمامًا كما نفعل نحن البشر. توفر تقنيات الاستشعار العميقي، بما في ذلك وقت الطيران (ToF)، وليدار، والكاميرات ذات الإضاءة الهيكلية، للآلات إدراكًا فضائيًا دقيقًا، مما يمكّن درجة عالية من التفاعل والتلقائية في مجموعة متنوعة من التطبيقات. هذه التقنيات تدفع تطوير مجالات مثل المركبات ذاتية القيادة، والتنقل الروبوتي، والتحكم الصناعي، والواقع المعزز. سيناقش هذا المقال بشكل عميق كيفية عمل كاميرات الاستشعار العميقي، وأنواع التقنيات المختلفة، وتطبيقاتها المتنوعة في التكنولوجيا الحديثة. في مقالاتنا السابقة، قدمنا تقديم لتقنية ToF والكاميرات الأخرى التي تقوم بتخطيط ثلاثي الأبعاد . لمزيد من التفاصيل، يرجى الرجوع إليها.

أنواع مختلفة من الكاميرات المستشعرة للعمق ومبادئ تنفيذها الأساسية

قبل فهم كل نوع من أنواع كاميرات استشعار العمق، دعونا نفهم أولاً ما هو استشعار العمق.

ما هو استشعار العمق؟

استشعار العمق هو تقنية لقياس المسافة بين جهاز وbject أو المسافة بين عددين. يمكن تحقيق ذلك باستخدام كاميرا استشعار عمق 3D، والتي تكتشف تلقائيًا وجود أي جسم قريب من الجهاز وتقاس المسافة إلى الجسم في أي وقت. هذه التكنولوجيا مفيدة للأجهزة التي تدمج كاميرات استشعار العمق أو التطبيقات المتنقلة ذاتية القيادة التي تتخذ قرارات في الوقت الفعلي بقياس المسافة.

من بين تقنيات استشعار العمق المستخدمة اليوم، فإن أكثر ثلاث طرق شيوعًا هي:
1. الضوء الهيكلي
2. الرؤية الاستريو
3. وقت الطيران
1. وقت الطيران المباشر (dToF)
1. ليدار
2. وقت الطيران غير المباشر (iToF)
لنلقي نظرة أقرب على مبادئ كل تقنية لاستشعار العمق.

الضوء المنظم

تقوم كاميرات الضوء الهيكلي بحساب العمق والمخطط للكائن عن طريق إسقاط نمط ضوئي معروف، مثل الليزر أو الـ LEDs وغيرها (عادة ما يكون على شكل خطوط) على الكائن المستهدف وتحليل تشوه النمط المنعكس. هذه التكنولوجيا ممتازة بدقتها واستقرارها تحت ظروف الإضاءة الخاضعة للتحكم، لكنها تُستخدم عادةً للمسح والنمذجة ثلاثية الأبعاد بسبب مدى عملها المحدود.

الرؤية الاستيريو

تعمل كاميرات الرؤية المجسمة بشكل مشابه للرؤية الثنائية البشرية، من خلال التقاط الصور باستخدام كاميرتين على بعد مسافة معينة واستخدام المعالجة البرمجية لاكتشاف ومقارنة النقاط المميزة في الصورتين لحساب معلومات العمق. هذه التكنولوجيا مفيدة للتطبيقات الزمنية الحقيقية في ظروف الإضاءة المختلفة، مثل التصنيع الآلي والواقع المعزز.

كاميرا زمن الطيران

وقت الرحلة (ToF) يشير إلى الزمن الذي يستغرقه الضوء للسفر مسافة معينة. تستخدم كاميرات وقت الرحلة هذا المبدأ لتقدير المسافة إلى الجسم بناءً على الزمن الذي يستغرقه الضوء المنبعث للانعكاس من سطح الجسم والعودة إلى المستشعر.
هناك ثلاثة مكونات رئيسية لكاميرا وقت الرحلة:

1. مستشعر ToF ووحدة المستشعر
2. مصدر الضوء
3. مستشعر العمق

يمكن تقسيم ToF إلى نوعين بناءً على الطريقة التي يستخدمها مستشعر العمق لتحديد المسافة: وقت الرحلة المباشر (DToF) ووقت الرحلة غير المباشر (iToF). دعنا نلقي نظرة أقرب على الفروقات بين هذين النوعين.

وقت الرحلة المباشر (dToF)

تكنولوجيا وقت الرحلة المباشر (dToF) تعمل عن طريق قياس المسافة مباشرة بإطلاق نبضات ليزر تحت الحمراء وقياس الزمن الذي تستغرقه هذه النبضات للسفر من المصدر إلى الجسم والعودة مرة أخرى.

تستخدم وحدات كاميرا dToF أجهزة استشعار ضوئية خاصة مثل دiods الانفجاري الفوتوني الواحد (SPADs) لاكتشاف الزيادات المفاجئة في الفوتونات في النبضات الضوئية المنعكسة، مما يسمح بحساب دقيق لفترات الزمن. عندما ينعكس نبض ضوئي عن جسم، يكتشف SPAD ذروة مفاجئة في الفوتونات. وهذا يسمح له بتتبع الفواصل الزمنية بين ذروات الفوتونات وقياس الزمن.

عادة ما تكون كاميرات dToF بدقة أقل، لكن حجمها الصغير وسعرها المنخفض يجعلها مثالية للتطبيقات التي لا تحتاج إلى دقة عالية وأداء في الوقت الحقيقي.

ليدار

بما أننا نتحدث عن استخدام نبضات ليزر تحت الحمراء لقياس المسافة، فلنتحدث عن كاميرات LiDAR.

تستخدم كاميرات LiDAR (اكتشاف الضوء وتحديد المدى) مُرسل ليزر لعرض نمط ضوئي عبر المشهد المسجل ومسحه ذهابًا وإيابًا. يتم قياس المسافة من خلال حساب الزمن الذي يستغرقه مستشعر الكاميرا لتسجيل النبضة الضوئية للوصول إلى الجسم والانعكاس مرة أخرى.

عادةً ما تستخدم أجهزة استشعار LiDAR طولين موجيين للليزر تحت الأحمر: 905 نانومتر و1550 نانومتر. الليزرات ذات الطول الموجي الأقصر أقل عرضة للامتصاص بواسطة الماء في الغلاف الجوي وهي أكثر ملاءمة للقياسات على مدى بعيد. من ناحية أخرى، يمكن استخدام الليزرات تحت الحمراء ذات الطول الموجي الأطول في التطبيقات الآمنة للعين، مثل الروبوتات التي تعمل حول البشر.

وقت الطيران غير المباشر (iToF)

على عكس وقت الطيران المباشر، تقوم كاميرات وقت الطيران غير المباشر (iToF) بحساب المسافة بإضاءة المشهد بالكامل باستخدام نبضات ليزر متواصلة وتسجيل التغير في الطور في بيكسلات المستشعر. تستطيع كاميرات iToF التقاط معلومات المسافة لكل المشهد دفعة واحدة. على عكس dToF، لا تقيس iToF الفاصل الزمني مباشرة بين كل نبضة ضوئية.

مع كاميرا iToF، يمكن تحديد المسافة إلى جميع النقاط في المشهد باستخدام تصوير واحد فقط.

الحقول المشتركة للكاميرات استشعار العمق

• المركبات ذاتية القيادة: توفر كاميرات استشعار العمق للمركبات ذاتية القيادة قدرات الإدراك البيئي اللازمة، مما يسمح لها بالتعرف على العوائق والابتعاد عنها أثناء تنفيذ الملاحة الدقيقة والتخطيط للمسار.
• الأمان والمراقبة: تُستخدم كاميرات استشعار العمق في مجال الأمن للاعتراف بالوجه ومراقبة الحشود و الكشف عن التسلل، مما يحسن السلامة وسرعة الاستجابة.
• الواقع المعزز (AR): تُستخدم تقنية استشعار العمق في تطبيقات الواقع المعزز لتراكب الصور الافتراضية بدقة على العالم الحقيقي، مما يوفر للمستخدمين تجربة غامرة.

توفّر لك Sinoseen الكاميرا المناسبة لاستشعار العمق

كما أن Sinoseen، وهي شركة مصنعة ناضجة لأجهزة الكاميرا، لديها خبرة واسعة في تصميم وتطوير و تصنيع وحدات الكاميرا OEM . نوفر وحدات كاميرا ToF عميقة الأداء العالي ونجعلها متوافقة مع واجهات مثل USB، GMSL، MIPI وغيرها. في الوقت نفسه، تدعم وظائف معالجة الصور المتقدمة بما في ذلك الستار العالمي والتصوير بالأشعة تحت الحمراء

إذا كانت تطبيقات الرؤية المدمجة الخاصة بك تحتاج إلى دعم لوحدات كاميرا استشعار عمق ToF، فلا تتردد في التواصل معنا. أعتقد أن فريقنا سيقدم لك حلًا مرضيًا. يمكنك أيضًا زيارة قائمة منتجات وحدات الكاميرا الخاصة بنا لترى إذا كان هناك وحدة كاميرا تناسب احتياجاتك.