Kameraer til dybdeafmåling: Hvor mange typer findes der, og hvordan fungerer de?

Kamera-moduler til dybdeafmåling er nu en nøgleteknologi inden for indlejrede systemer, robotik, industrielt automatisering og autonome køretøjer. De gør det muligt for maskiner at "se" verden i tre dimensioner, lige som vi mennesker gør. Teknologier til dybdeafmåling, herunder Time-of-Flight (ToF), LiDAR og struktureret lyskamere, giver maskiner præcis rumlig opfattelse, hvilket gør det muligt at opnå en høj grad af interaktion og automatisering i en række anvendelser. Disse teknologier driver udviklingen af områder såsom autonome køretøjer, robotnavigation, industrielt automatisering og augmenteret virkelighed. Denne artikel vil dykke dybt ned i, hvordan dybdekamere fungerer, de forskellige teknologityper og deres mangfoldige anvendelser inden for moderne teknologi. I vores tidligere artikler har vi præsenteret ToF og andre 3D-kartlægningskamere . For flere detaljer henvises til disse.

Forskellige typer af dybdekamere og deres grundlæggende implementeringsprincipper

Før vi forstår hver enkelt type dybdesensorkamera, skal vi først forstå, hvad dybdesensoring er.

Hvad er dybdesensoring?

Dybdesensoring er en teknik til at måle afstanden mellem et enhed og et objekt eller afstanden mellem to objekter. Dette kan opnås ved hjælp af et 3D-dybdesensorkamera, der automatisk registrerer tilstedeværelsen af ethvert objekt tæt på enheden og måler afstanden til objektet når som helst. Denne teknologi er nyttig for enheder, der integrerer dybdesensorkamere, eller autonome mobile applikationer, der træffer reeltidsbeslutninger ved at måle afstand.

Blant dybdesensoringsteknologierne, der bruges i dag, er de tre mest almindelige følgende:
1. Struktureret lys
2. Stereo vision
3. Tid af flygt
1. Direkte tid af flygt (dToF)
1. LiDAR
2. Indirekte tid af flygt (iToF)
Lad os tage en nærmere tilmelding af principperne for hver dybdesensor teknologi.

STRUKTURERET lys

Strukturerede lyskamere beregner dybden og konturen af et objekt ved at projicere et kendt lysmønster, såsom laser, LEDs etc. (normalt i form af striber), på det målrettede objekt og analysere forvridningen af det reflekterede mønster. Denne teknologi er fremragende på grund af sin høj præcision og stabilitet under kontrolerede belysningsforhold, men bruges generelt til 3D-scanning og -modellering på grund af dens begrænsede virkningsområde.

Stereovision

Stereo vision-kamere fungerer lignende til menneskelig binær synsformodning, ved at fange billeder gennem to kamere på en bestemt afstand og bruge softwarebehandling til at opdage og sammenligne karakterpunkter i de to billeder for at beregne dybdeinformation. Denne teknologi er nyttig til realtid-applikationer under forskellige belysningsforhold, såsom industrielt automatisering og augmenteret virkelighed.

Tid af flygt kamera

Tid i flugt (ToF) henviser til tiden det tager for lys at rejse en bestemt afstand. Tid i flugt-kamre bruger dette princip for at estimere afstanden til et objekt baseret på tiden det tager for udsendt lys at blive reflekteret fra overfladen af objektet og vende tilbage til sensoren.
Der er tre hovedkomponenter i en tid-i-flugt-kamera:

1. ToF-sensor og sensor-modul
2. Lydkilde
3. Djupesensor

ToF kan opdeles i to typer ud fra metoden, som djupesensoren bruger for at afgøre afstanden: direkte tid-i-flugt (DToF) og indirekte tid-i-flugt (iToF). Lad os kigge nærmere på forskellene mellem disse to typer.

Direkte Tid-i-Flugt (dToF)

Direkte tid-i-flugt (dToF)-teknologi fungerer ved at måle afstand direkte ved udsending af infrarød laserpulser og måling af tiden det tager for disse pulser at rejse fra udsenderen til objektet og tilbage igen.

dToF-kameramoduler bruger specielle lysfølsomme piksler, såsom enkel-photon-avalanche-dioder (SPADs), til at registrere pludselige stigninger i fotoner i reflekterede lyspulser, hvilket gør det muligt at beregne tidsintervaller præcist. Når en lyspuls reflekteres af et objekt, registrerer SPAD'en en pludselig top i fotoner. Dette gør det muligt at spore intervallet mellem foton-toppe og måle tid.

dToF-kamere har typisk lavere opløsning, men deres lille størrelse og lave pris gør dem ideelle til anvendelser, der ikke kræver høj opløsning og realtid-ydelse.

Lidar

Da vi taler om at bruge infrarød laserpulser til at måle afstand, lad os tale om LiDAR-kamere.

LiDAR (Lysdetektering og -ranging) kamere bruger en lasersender til at projicere et rasterlys mønster over scenen, der optages, og scannere det frem og tilbage. Afstand måles ved at beregne tiden det tager for kameraets sensor at registrere lyspulsen til det når et objekt og reflekterer tilbage på sig selv.

LiDAR-sensorer bruger typisk to bølgelængder af infrarød laser: 905 nanometer og 1550 nanometer. Laser med kortere bølgelængder absorberes mindre af vand i atmosfæren og er bedre egnet til lange afstande. I modsætning hertil kan infrarøde laser med længere bølgelængder bruges i øjen-sikre applikationer, såsom robotter, der opererer omkring mennesker.

Indirekte Tid-af-Flugt (iToF)

I modsætning til direkte tid-af-flugt beregner indirekte tid-af-flugt (iToF)-kamere afstand ved at oplyse hele sceneret med kontinuerligt modulerede laserpulser og optage faserskiftet i sensorens piksler. iToF-kamere kan fange afstandsoplysninger for hele sceneret på én gang. I modsætning til dToF måler iToF ikke direkte tidsintervallet mellem hver lyspuls.

Med en iToF-kamera kan afstanden til alle punkter i et scene bestemmes med blot ét skud.

Almindelige områder for dybdesensitiv kamere

• Selvkørende køretøjer: Dybdesensitiv kamera giver selvkørende køretøjer de nødvendige miljøperceptionskapaciteter, hvilket gør det muligt for dem at identificere og undgå hindringer, samtidig med at de udfører nøjagtig navigation og ruteplanlægning.
• Sikkerhed og overvågning: Dybdesensitiv kamera bruges inden for sikkerhedsfeltet til ansigtsgenkendelse, folkeslagt overvågning og indbrudsopdagelse, hvilket forbedrer sikkerheden og reaktionstiden.
• Forøget virkelighed (AR): Dybdesensitiv teknologi bruges i forøgede virkelighedsapplikationer til at præcist overlægge virtuelle billeder på den virkelige verden, hvilket giver brugerne en immersiv oplevelse.

Sinoseen leverer det rigtige dybdesensitiv kamera til dig

Som en moden kameramodulprodusent har Sinoseen omfattende erfaring inden for design, udvikling og produktion af OEM-kameramoduler vi leverer højydelsestof kamera-moduler med avanceret ydelse og gør dem kompatible med grænseflader som USB, GMSL, MIPI osv. Samtidig understøtter det avancerede billedbehandlingsfunktioner, herunder global shutter og infrarød optik.

Hvis din indlejret visionsapplikation kræver understøttelse for dybde ToF-sensing kamera-moduler, er du meget velkommen til at kontakte os. Jeg tror, vores team vil give dig en tilfredsstillende løsning. Du kan også besøge vores produktliste over kamera-moduler for at se, om der er et kamera-modul, der opfylder dine behov.