Κάμερες αισθητικής βάθους: Πόσοι τύποι υπάρχουν και πώς λειτουργούν;

Τα μοντύλα κάμερας με αισθητικό βάθους είναι τώρα μια κλειδιά τεχνολογία στα ενσωματωμένα συστήματα, τη ρομποτική, τη βιομηχανική αυτομάτωση και τα αυτόνομα οχήματα. Επιτρέπουν στις μηχανές να «βλέπουν» τον κόσμο σε τρεις διαστάσεις, ακριβώς όπως κάνουμε εμείς οι άνθρωποι. Οι τεχνολογίες αισθητικού βάθους, συμπεριλαμβανομένων των Time-of-Flight (ToF), LiDAR και κάμερας δομημένου φωτισμού, παρέχουν στις μηχανές ακριβή αίσθηση του χώρου, επιτρέποντας μεγάλο βαθμό αλληλεπίδρασης και αυτομάτωσης σε διάφορες εφαρμογές. Αυτές οι τεχνολογίες κατευθύνουν την ανάπτυξη τομέων όπως τα αυτόνομα οχήματα, η ρομποτική πλοήγηση, η βιομηχανική αυτομάτωση και η ενισχυμένη πραγματικότητα. Αυτό το άρθρο θα κάνει βαθιά ανάλυση για το πώς λειτουργούν οι κάμερες αισθητικού βάθους, τους διαφορετικούς τύπους τεχνολογίας και τις διάφορες εφαρμογές τους στη σύγχρονη τεχνολογία. Σε προηγούμενα άρθρα μας, έχουμε παρουσιάσει ToF και άλλες κάμερες 3D απεικόνισης . Για περισσότερες λεπτομέρειες, αναφερθείτε σε αυτά.

Διαφορετικοί τύποι καμερών αισθητικού βάθους και οι βασικές αρχές εφαρμογής τους

Πριν από την κατανόηση κάθε είδους κάμερας αισθήσεων βάθους, ας κατανοήσουμε πρώτα τι είναι η αίσθηση βάθους.

Τι είναι η αίσθηση βάθους;

Η αίσθηση βάθους είναι μια τεχνική για τον υπολογισμό της απόστασης μεταξύ ενός συστήματος και ενός αντικειμένου ή της απόστασης μεταξύ δύο αντικειμένων. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί με τη χρήση μιας 3D κάμερας αισθήσεων βάθους, η οποία ανιχνεύει αυτόματα την παρουσία οποιουδήποτε αντικειμένου κοντά στο σύστημα και μετράει την απόσταση μέχρι το αντικείμενο οποιαδήποτε στιγμή. Αυτή η τεχνολογία είναι ωφέλιμη για συστήματα που ολοκληρώνουν κάμερες αισθήσεων βάθους ή εφαρμογές αυτόνομων κινητών συστημάτων που λαμβάνουν αποφάσεις πραγματικού χρόνου με τη μέτρηση αποστάσεων.

Μεταξύ των τεχνολογιών αισθήσεων βάθους που χρησιμοποιούνται σήμερα, οι τρεις πιο συχνά χρησιμοποιούμενες είναι:
1. Δομημένο φως
2. Στερεοϊδική όραση
3. Χρόνος πτήσης
1. Κατεύθυνση χρόνου πτήσης (dToF)
1. LiDAR
2. Ανεύθυνος χρόνος πτήσης (iToF)
Ας κάνουμε μια πιο λεπτομερή διερεύνηση των αρχών κάθε τεχνολογίας αισθήσεων βάθους.

ΔΙΚΟΤΟΦΟΡΙΚΟ ΦΩΤΟ

Οι κάμερες δομημένου φωτός υπολογίζουν το βάθος και το περίγραμμα ενός αντικειμένου εκτόξευοντας ένα γνωστό φωτιστικό μοτίβο, όπως λέιζερ, LEDs, κλπ. (συνήθως σε μορφή σχιαμάτων), στο στόχο και αναλύοντας την διαφορμοποίηση του ανακλασμένου μοτίβου. Αυτή η τεχνολογία είναι εξαιρετική για την υψηλή της ακρίβεια και σταθερότητα υπό ελεγχόμενες συνθήκες φωτισμού, αλλά χρησιμοποιείται γενικά για 3D σάρωση και μοντελοποίηση λόγω της περιορισμένης της ζώνης λειτουργίας.

ΣΤΕΡΕΟΒΙΣΙΟ

Οι κάμερες διπλής όρασης λειτουργούν παρόμοια με την ανθρώπινη διπλή όραση, καταλαμβάνοντας εικόνες μέσω δύο καμερών σε ορισμένη απόσταση και χρησιμοποιώντας λογισμικό επεξεργασίας για να ανιχνεύει και συγκρίνει σημεία ενδείξεων στις δύο εικόνες για να υπολογίζει πληροφορίες βάθους. Αυτή η τεχνολογία είναι χρήσιμη για πραγματικές εφαρμογές σε διάφορες συνθήκες φωτισμού, όπως η βιομηχανική αυτομάτωση και η ενισχυμένη πραγματικότητα.

Κάμερα χρόνου πτήσης

Ο χρόνος πτήσης (ToF) αναφέρεται στον χρόνο που απαιτείται για το φως να μετακινηθεί μια συγκεκριμένη απόσταση. Κάμερες χρόνου πτήσης χρησιμοποιούν αυτή την αρχή για να εκτιμήσουν την απόσταση μέχρι ένα αντικείμενο βάσει του χρόνου που απαιτείται για το εκπομπευόμενο φως να ανακληθεί από την επιφάνεια του αντικειμένου και να επιστρέψει στον αισθητήρα.
Υπάρχουν τρία κύρια συστατικά μιας κάμερας χρόνου πτήσης:

1. Αισθητήρας ToF και μονάδα αισθητήρα
2. Πηγή φωτός
3. Αισθητήρας βάθους

Ο ToF μπορεί να διαιρεθεί σε δύο τύπους βάσει της μεθόδου που χρησιμοποιεί ο αισθητήρας βάθους για να καθορίσει την απόσταση: άμεσος χρόνος πτήσης (DToF) και έμμεσος χρόνος πτήσης (iToF). Ας κάνουμε μια πιο λεπτομερή μελέτη των διαφορών μεταξύ αυτών των δύο τύπων.

Άμεσος Χρόνος Πτήσης (dToF)

Η τεχνολογία άμεσου χρόνου πτήσης (dToF) λειτουργεί μετρώντας άμεσα την απόσταση εκπέμποντας ινφράβιολευκά λέιζερ ρεύματα και μετρώντας τον χρόνο που απαιτείται για αυτά τα ρεύματα να ταξιδέψουν από τον εκπομπευτή στο αντικείμενο και να επιστρέψουν.

τα μονάδες κάμερας dToF χρησιμοποιούν ειδικές φωτοσενσορικές πιξελ, όπως μονοφωτονικά αβλατικά διόδια (SPADs), για να ανιχνεύουν αιφνίδιες αυξήσεις στα φωτόνια των ανακληθέντων φωτιστικών δεξιών, επιτρέποντας ακριβή υπολογισμό των χρονικών διαστημάτων. Όταν ένα φωτιστικό δάσος ανακλάται από ένα αντικείμενο, το SPAD ανιχνεύει αιφνίδια κορύφωμα στα φωτόνια. Αυτό το επιτρέπει να παρακολουθεί τα διαστήματα μεταξύ των κορυφών των φωτόνιων και να μετρήσει τον χρόνο.

οι κάμερες dToF έχουν συνήθως χαμηλότερη ανάλυση, αλλά η μικρή μεγέθους τους και ο χαμηλός τιμής τους τους κάνει ideal για εφαρμογές που δεν απαιτούν υψηλή ανάλυση και πραγματικό χρόνο επιδόσεις.

LiDAR

Επειδή μιλάμε για τη χρήση άχραντων λέιζερ δεξιών για να μετρηθεί η απόσταση, ας μιλήσουμε για κάμερες LiDAR.

Οι κάμερες LiDAR (Light Detection and Ranging) χρησιμοποιούν έναν μεταφορέα λέιζερ για να προβάλλουν ένα φωτιστικό μοτίβο raster στη σκηνή που καταγράφεται και να το σαρώνουν προς τα μπροστά και πίσω. Η απόσταση μετράται υπολογίζοντας το χρονικό διάστημα που απαιτείται για τον αισθητήρα κάμερας να καταγράψει το φωτιστικό δάσος να φτάσει σε ένα αντικείμενο και να επιστρέψει πίσω.

Οι αισθητήρες LiDAR χρησιμοποιούν συνήθως δύο μακθέλεις κύματος άγγειων λέιζερ: 905 νανόμετρα και 1550 νανόμετρα. Οι λέιζερ με μικρότερες μακθέλεις κύματος είναι λιγότερο πιθανό να απορροφηθούν από το νερό στην ατμόσφαιρα και είναι καλύτερα προσαρμοσμένα για μετρήσεις μακριάς απόστασης. Αντιθέτως, οι άγγειοι λέιζερ με μεγαλύτερες μακθέλεις κύματος μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε εφαρμογές ασφαλείας για τα μάτια, όπως ρομπότ που λειτουργούν γύρω από ανθρώπους.

Εμβαδιακή Μέτρηση Χρόνου (iToF)

Εναντίον της άμεσης μέτρησης χρόνου πτήσης, οι κάμερες iToF υπολογίζουν την απόσταση εξαγωνιζόμενο την ολόκληρη σκηνή με συνεχώς μοντελοποιημένα παλίνδρομα φωτιστικά λάσερ και καταγράφοντας την φάση της μετατροπής στα πιξελ των αισθητήρων. Οι κάμερες iToF μπορούν να καταγράψουν πληροφορίες απόστασης για την ολόκληρη σκηνή με μια μόνο λήψη. Εναντίον dToF, iToF δεν μετράει άμεσα το διάστημα χρόνου μεταξύ κάθε φωτιστικού παλίνδρομου.

Με μια κάμερα iToF, η απόσταση σε όλα τα σημεία μιας σκηνής μπορεί να καθοριστεί με μόνο μια λήψη.

Κοινά πεδία βαθμών καινοτόμων καμερών αισθητικής βάθειας

• Αυτόνομα οχήματα: Οι κάμερες αισθητικής βάθειας παρέχουν στα αυτόνομα οχήματα τις απαραίτητες δυνατότητες αντιλήψεως του περιβάλλοντος, επιτρέποντάς τους να αναγνωρίζουν και να αποφεύγουν εμπόδια, ενώ εκτελούν ακριβή πλοήγηση και σχεδιασμό δρόμου.
• Ασφάλεια και παρακολούθηση: Οι κάμερες αισθητικής βάθειας χρησιμοποιούνται στον τομέα της ασφάλειας για την αναγνώριση προσώπων, την παρακολούθηση συγκεντρώσεων και την ανίχνευση εισβολών, βελτιώνοντας την ασφάλεια και την ταχύτητα αντίδρασης.
• Ενισχυμένη πραγματικότητα (AR): Η τεχνολογία αισθητικής βάθειας χρησιμοποιείται σε εφαρμογές ενισχυμένης πραγματικότητας για να επιβάλλει με ακρίβεια εικόνες στον πραγματικό κόσμο, προσφέροντας στους χρήστες μια εμπνευσμένη εμπειρία.

Η Sinoseen σας παρέχει την σωστή κάμερα αισθητικής βάθειας

Ως εξοπλισμένος κατασκευαστής κάμερας μονάδων, η Sinoseen έχει εκτεταμένη εμπειρία στον σχεδιασμό, ανάπτυξη και κατασκευή OEM μονάδων κάμερας παρέχουμε κάμερες μονάδων με υψηλή απόδοση βάθους ToF και τις κάνουμε συμβατές με διεπαφές όπως USB, GMSL, MIPI κλπ. Επίσης, υποστηρίζουν προηγμένες λειτουργίες επεξεργασίας εικόνας, συμπεριλαμβανομένων του παγκόσμιου φράγκου και της βλέπειν στο άγριο φως.

Εάν η εφαρμογή ενσωματωμένης όρασης σας απαιτεί υποστήριξη για μονάδες κάμερας αίσθησης βάθους ToF, να δεσμευτείτε να μας επικοινωνήσετε. Πιστεύω ότι ο ομάδας μας θα σας προσφέρει μια ικανοποιητική λύση. Μπορείτε επίσης να επισκεφθείτε τη λίστα προϊόντων μονάδων κάμερας μας για να δείτε αν υπάρχει μια μονάδα κάμερας που επιτυγχάνει τις ανάγκες σας.