دوربین‌های ادراک عمق: چند نوع وجود دارد و چگونه کار می‌کنند؟

ماژول‌های دوربین حس‌گر عمق اکنون یک فناوری کلیدی در سیستم‌های فراگیر، رباتیک، خودکارسازی صنعتی و وسایل نقلیه خودران هستند. آنها به ماشین‌ها اجازه می‌دهند جهان را به سه بعد ببینند، دقیقاً مثل انسان‌ها. فناوری‌های حس‌گر عمق، شامل Time-of-Flight (ToF)، لیدار و دوربین‌های نور ساختاریافته، به ماشین‌ها ادراک فضایی دقیق می‌دهند و درجه بالایی از تعامل و خودکارسازی را در انواع کاربردها فراهم می‌آورند. این فناوری‌ها توسعه زمینه‌هایی مانند وسایل نقلیه خودران، ناوبری رباتیک، خودکارسازی صنعتی و واقعیت افزوده را به پیش می‌برند. این مقاله به طور عمیقی به بررسی اینکه چگونه دوربین‌های حس‌گر عمق کار می‌کنند، انواع مختلف فناوری و کاربردهای مختلف آنها در فناوری مدرن خواهد پرداخت. در مقالات قبلی ما، تو فا و دیگر دوربین‌های نقشه‌برداری سه بعدی را معرفی کردیم . برای جزئیات بیشتر، به آنها مراجعه کنید.

انواع مختلف دوربین‌های حس‌گر عمق و اصول پایه‌ای پیاده‌سازی آنها

پیش از درک هر نوع دوربین حسگر عمق، ابتدا باید متوجه شویم حسگر عمق چیست.

حسگر عمق چیست؟

حسگر عمق تکنیکی برای اندازه‌گیری فاصله بین دستگاه و شی یا فاصله بین دو شی است. این کار می‌تواند با استفاده از دوربین حسگر عمق سه بعدی انجام شود، که به طور خودکار وجود هر شی قربان دستگاه را تشخیص می‌دهد و در هر زمان فاصله تا آن شی را اندازه‌گیری می‌کند. این فناوری برای دستگاه‌هایی که دوربین‌های حسگر عمق یا برنامه‌های موبایل خودکار را ادغام می‌کنند مفید است که تصمیمات واقعی در زمان با اندازه‌گیری فاصله اتخاذ می‌کنند.

در میان فناوری‌های حسگر عمقی که امروزه استفاده می‌شوند، سه نوع رایج‌ترین عبارتند از:
۱. نور ساختاریافته
۲. دید دوچشمی
۳. زمان پرواز
۱. زمان پرواز مستقیم (dToF)
۱. لیدار
۲. زمان پرواز غیرمستقیم (iToF)
بیایید نگاهی دقیق‌تر به اصول هر فناوری حس‌گر عمق بیندازیم.

نور ساختاری

دوربین‌های نور ساختاریع با پرتاب الگوی نور شناخته شده، مانند لیزرها یا LEDها (معمولاً به شکل خطوط)، بر روی جسم هدف و تحلیل تحریف الگوی بازتابیده، عمق و شکل جسم را محاسبه می‌کنند. این فناوری به دلیل دقت بالا و ثبات تحت شرایط نوری کنترل‌شده، عالی است، اما به علت محدودیت در برد عملکردی، معمولاً برای اسکن و مدل‌سازی سه بعدی استفاده می‌شود.

چشم انداز استریو

دوربین‌های دوچشمی شبیه به دید دوچشمی انسان کار می‌کنند، تصاویر را از طریق دو دوربین در فاصله‌ای معین جمع‌آوری می‌کنند و با پردازش نرم‌افزاری نقاط ویژه در دو تصویر را تشخیص می‌دهند و مقایسه می‌کنند تا اطلاعات عمق را محاسبه کنند. این فناوری برای کاربردهای زمان واقعی در شرایط نوری مختلف، مانند خودکارسازی صنعتی و واقعیت افزوده، مفید است.

دوربین زمان پرواز

زمان پرواز (ToF) به زمان لازم برای حرکت نور در فاصله‌ای خاص اشاره دارد. دوربین‌های زمان پرواز از این اصل استفاده می‌کنند تا با توجه به زمان لازم برای بازگشت نور پرتاب شده از سطح جسم، فاصله را برآورد کنند.
سه مؤلفه اصلی در یک دوربین زمان پرواز وجود دارد:

1. حسگر ToF و ماژول حسگر
2. منبع نور
3. حسگر عمق

ToF می‌تواند بر اساس روشی که حسگر عمق برای تعیین فاصله استفاده می‌کند، به دو نوع تقسیم شود: زمان پرواز مستقیم (DToF) و زمان پرواز غیرمستقیم (iToF). بیایید به نزدیکتر به تفاوت بین این دو نوع نگاه کنیم.

زمان پرواز مستقیم (dToF)

فناوری زمان پرواز مستقیم (dToF) با پرتاب نور لیزر فراقرمز و اندازه‌گیری زمان لازم برای رسیدن این نور از منبع به جسم و بازگشت، فاصله را به صورت مستقیم اندازه‌گیری می‌کند.

ماژول‌های دوربین dToF از پیکسل‌های ویژه نور حساس، مانند دیود‌های فروپاشی یک فوتون (SPADs)، برای تشخیص افزایشات ناگهانی فوتون‌ها در نور بازتابیده استفاده می‌کنند، که امکان محاسبه دقیق فواصل زمانی را فراهم می‌کند. وقتی یک پالس نور از روی یک جسم بازتابیده می‌شود، SPAD افزایش ناگهانی فوتون‌ها را تشخیص می‌دهد. این کار اجازه می‌دهد تا فواصل بین قله‌های فوتون را رد شود و زمان را اندازه بگیرد.

دوربین‌های dToF معمولاً دقت پایین‌تری دارند، اما اندازه کوچک آنها و قیمت پائین آنها آنها را برای کاربردهایی که نیاز به دقت بالا و عملکرد زنده ندارند، مناسب می‌کند.

لیدار

چون درباره استفاده از پالس‌های لیزری فرابنفش برای اندازه‌گیری فاصله صحبت می‌کنیم، بیایید درباره دوربین‌های LiDAR صحبت کنیم.

دوربین‌های LiDAR (تشخیص نور و سنجش فاصله) از یک انتقال‌دهنده لیزر برای پرتاب الگوی نوری raster در صحنه‌ای که ضبط می‌شود و اسکن آن به طور متقابل استفاده می‌کنند. فاصله با محاسبه زمان لازم برای ثبت پالس نور توسط حسگر دوربین تا رسیدن به جسم و بازتاب به خود دوربین اندازه‌گیری می‌شود.

حسگرهای لیدار معمولاً از دو طول موج ليزر فروسرخ استفاده می‌کنند: 905 نانومتر و 1550 نانومتر. ليزرهاي با طول موج کوتاه‌تر احتمال جذب شدن توسط آب در جو را کمتر دارند و مناسب‌تر برای اندازه‌گیری‌های بلند‌برد هستند. به طور مخالف، ليزرهاي فروسرخ با طول موج بلند‌تر می‌توانند در برنامه‌های ایمن برای چشم، مانند ربات‌های عملکردی در محیط انسان‌ها، استفاده شوند.

زمان پرواز غیرمستقیم (iToF)

برخلاف زمان پرواز مستقیم، دوربین‌های زمان پرواز غیرمستقیم (iToF) فاصله را با روشن کردن کل صحنه با نورپرک‌های ليزری مداوم و ثبت جابجایی فاز در پیکسل‌های حسگر محاسبه می‌کنند. دوربین‌های iToF قادرند اطلاعات فاصله برای کل صحنه را به صورت همزمان ضبط کنند. برخلاف dToF، iToF زمان بین هر نورپرک را به صورت مستقیم اندازه‌گیری نمی‌کند.

با استفاده از یک دوربین iToF، فاصله تمام نقاط در یک صحنه را می‌توان با فقط یک شات تعیین کرد.

حوزه‌های مشترک دوربین‌های حسگر عمق

• وسایل نقلیه خودران: دوربین‌های حسگر عمق به وسایل نقلیه خودران توانایی ادراک محیط لازم را می‌دهند، که اجازه می‌دهد تا موانع را شناسایی و اجتناب کنند و در حالی که ناوبری دقیق و برنامه‌ریزی مسیر را انجام می‌دهند.
• امنیت و نظارت: دوربین‌های حسگر عمق در حوزه امنیت برای تشخیص چهره، نظارت بر جمعیت و شناسایی تجاوز استفاده می‌شوند، که امنیت و سرعت پاسخ را افزایش می‌دهد.
• واقعیت افزوده (AR): فناوری حسگر عمق در برنامه‌های واقعیت افزوده برای تراکم دقیق تصاویر مجازی روی دنیای واقعی استفاده می‌شود، که به کاربران تجربه ای غوطه‌ور می‌دهد.

سینوسین به شما دوربین حسگر عمق مناسب را ارائه می‌دهد

به عنوان سازنده ماژول دوربین با تجربه، سینوسین تجربه گسترده‌ای در طراحی، توسعه و تولید ماژول‌های دوربین OEM دارد ما ماژول‌های دوربین ToF با عملکرد بالا ارائه می‌دهیم و آنها را با رابط‌هایی مانند USB، GMSL، MIPI و غیره سازگار می‌کنیم. همزمان، از توابع پردازش تصویر پیشرفته شامل شاتر جهانی و تصویربرداری فروسرخ پشتیبانی می‌کند.

اگر برنامه دیدگان فراگیر شما نیاز به پشتیبانی از ماژول‌های دوربین حسگر عمق ToF دارد، لطفاً بدون هیچ مشکلی با ما تماس بگیرید. باورمندم که تیم ما برای شما راه‌حل مناسبی ارائه خواهد داد. شما همچنین می‌توانید به لیست محصولات ماژول دوربین مراجعه کنید تا بررسی کنید آیا ماژول دوربینی وجود دارد که نیازهای شما را برآورده می‌کند.