Syväysanturikamerat: Kuinka monta tyyppiä on olemassa ja miten ne toimivat?

Syvyyden tunnistamiseen tarkoitettujen kameramoduulien ovat tulleet keskeiseksi tekniikaksi upotetuissa järjestelmissä, robottiikassa, teollisessa automaatiossa ja itsenäisissä ajoneuvoissa. Ne mahdollistavat koneille "nähdä" maailmaa kolmessa ulottuvuudessa, aivan kuten ihmiset tekemme. Syvyyden tunnistamista koskevat teknologiat, mukaan lukien Aika-Valussa (ToF), LiDAR ja rakennettu valo-kamerat, tarjoavat koneille tarkkaa tilallista havaintokykyä, mikä mahdollistaa suuren määrän vuorovaikutusta ja automaattisuutta monipuolisissa sovelluksissa. Nämä teknologiat kehittävät aloja, kuten itsenäiset ajoneuvot, robottinavigointi, teollinen automaatio ja lisätty todellisuus. Tässä artikkelissa tutustumme syvällisesti siihen, miten syvyyden tunnistamiskamerat toimivat, eri teknologioiden tyypeihin ja niiden monipuolisiin sovelluksiin nykymaailmassa. Edellisissä artikkeleissamme olemme esittäneet ToF:ta ja muita 3D-karttauskamerioita . Lisätietoja on saatavana niistä.

Eri tyypit syvyyden tunnistamiseen tarkoitetuista kameroista ja niiden perustava toteutusperiaate

Ennen kuin ymmärrämme erityyppisten syvyyden tunnistuskaameroiden, tutustutaan ensin siihen, mitä syvyyden tunnistus tarkoittaa.

Mitä tarkoittaa syvyyden tunnistus?

Syvyyden tunnistus on tekniikka laitteen ja objektin tai kahden objektin välisten etäisyyksien mittaamiseksi. Tätä voidaan saavuttaa käyttämällä 3D-syvyyden tunnistuskaameraa, joka havaitsee automaattisesti mikään objekti laitteen lähellä ja mittaa objektin etäisyyttä milloin tahansa. Tämä teknologia on hyödyllistä laitteille, jotka integroituvat syvyyden tunnistuskaameraan tai itsenäisiin mobiilisovelluksiin, jotka tekevät reaaliaikaisia päätöksiä mittamalla etäisyyksiä.

Syvyyden tunnistustechnologioiden kesken nykyisin käytetyistä kolme eniten käytettyä ovat:
1. Rakennettu valo
2. Stereokuvaus
3. Lentoputo-aika
1. Suora lentoputo-aika (dToF)
1. LiDAR
2. Indirekti lentoputo-aika (iToF)
Otetaanpa tarkemmin esille jokaisen syvyyden havaitsemisen tekniikkaan liittyvät periaatteet.

RAKENTEELLINEN VALO

Rakenteelliset valokamerat laskevat kohden syvyyden ja rungon heittämällä tunnetun valopatternin, kuten laserit tai LEDs:t ym., kohdekohteelle (yleensä viivojen muodossa) ja analysoimalla heijastuneen patternin vääristymistä. Tämä teknologia on erinomainen korkean tarkkuuden ja vakauden osalta hallituissa valaistusoloissa, mutta se käytetään yleensä rajoitetun toimintaväliluennon takia 3D-skannaukseen ja mallintamiseen.

STEREONÄKÖ

Stereo-kamerat toimivat samalla tavalla kuin ihmisen binääri näkökykykin, ottamalla kuvia kahdella kameralla tietyllä etäisyydellä ja käyttämällä ohjelmistoprosessointia havaitakseen ja vertaisten kaksi kuvaa keskenään ominaispiirteiden löytämiseksi ja syväysinformaation laskemiseksi. Tämä teknologia on hyödyllinen reaaliaikaissovelluksissa eri valaistusoloissa, kuten teollisessa automaatiossa ja lisättyyn todellisuuteen.

Ajopäivystyskamera

Lentoaika (ToF) viittaa aikaan, joka valolle kestää matkaa kulkea tietylle etäisyydelle. Lentoaikakamerat käyttävät tätä periaatetta arvioidakseen etäisyyttä kohteeseen perustuen aikaan, joka kestää heitetyn valon palautumiseksi kohteen pinnasta anturin takaisin.
ToF-kameralla on kolme pääasiallista komponenttia:

1. ToF-anturi ja anturimoduuli
2. Valonlähde
3. Syvyysanturi

ToF voidaan jakaa kahteen tyyppiin syvyysanturin käyttämän menetelmän mukaan etäisyyden määrittämiseksi: suora lentoaika (DToF) ja epäsuoja lentoaika (iToF). Otetaan selvää näiden kahden tyypin eroista tarkemmin.

Suora Lentoaika (dToF)

Suora lentoaika (dToF)-tekniikka toimii mittaten etäisyyttä suoraan heittämällä infraherkkä laserkeila ja mitaten ajan, joka kestää näiden keilien kuljettaessa matkan lähettimen ja kohteen välillä sekä takaisin.

dToF-kameramoduulit käyttävät erityisiä valonherkkiä pikkusäkeit, kuten yksittäisfotonisten lumoavien diodien (SPAD) avulla havaitakseen välisen fotonien määrän heijastettujen valonpulssien kesken, mikä mahdollistaa tarkkojen aikavälien laskennan. Kun valonpulssi heijastuu kohteesta, SPAD havaitsee vähemmän fotonien huipentymisen. Tämä mahdollistaa sen seurata aikavälejä fotonihuippien välillä ja mitata aikaa.

dToF-kamerat ovat yleensä alhaisempaa resoluutiota, mutta niiden pieni kokoluokka ja matala hinta tekevät niistä ideaalisia sovelluksissa, jotka eivät vaadi korkeaa resoluutiota tai reaaliaikaisia suorituskykyjä.

Lidar

Koska puhumme infrapunavihollisten laserpulssien käytöstä etäisyyden mitalliseen, puhutaanpa LiDAR-kameroista.

LiDAR (Valon havaitseminen ja mittaus) -kamerat käyttävät laserlähettimää projisoidakseen rasterointivalonmallin tallennettavan hahmon yli ja skannaa sitä takaisin ja forth. Etäisyys mitataan laskevaan kameran anturin tarvitsemaan aikaan tallentaa valonpulssi saavuttaakseen kohteen ja heijastua takaisin itselleen.

LiDAR-sensorit käyttävät yleensä kahta infrahermo-laserin aallotoimintaa: 905 nanometriä ja 1550 nanometriä. Lyhyempien aallotoimintaa käyttävät laserit vedetään vähemmän ilmakehön vesiparviin ja sopivat paremmin pitkien etäisyyksien mittaamiseen. Toisaalta, pidemmän aallotoiminnan infrahermo-laserit voidaan käyttää silmien turvallisissa sovelluksissa, kuten ihmisten ympärillä toimivissa roboteissa.

Indirekti kuljetusaika (iToF)

Erityisesti suoraan vastaavasta kuljetusaikaa mittaavista menetelmistä poiketen, indirektiset kuljetusaika (iToF) -kamerat laskevat etäisyyden valaistessaan koko näköalaa jatkuvasti moduloiduilla laserpulseeilla ja tallentamalla sensorin pikselien vaiheenvaihdoksen. iToF-kamerat pystyvät kiinnittämään etäisyysinformaation koko näköalasta vain yhdellä kuvauksella. Vastoin dToF:iä, iToF ei mitaa suoraan yksittäisten valopulsejen välisiä aikavälitä.

IToF-kameralla etäisyys kaikkiin näköalassa oleviin pisteisiin voidaan määrittää vain yhdellä kuvauspyrkimellä.

Yleiset syvyydenantavien kameroiden kentät

• Automaattiset ajoneuvot: Syvyydenantavat kamerat tarjoavat automaattisille ajoneuvoille välttämättömiä ympäristön havaitsemiskykyjä, mikä mahdollistaa esteiden tunnistamisen ja välttämisen sekä tarkkaa navigointia ja reittisuunnittelua.
• Turvallisuus ja valvonta: Syvyydenantavia kamerioita käytetään turvallisuusalalla kasvojen tunnistamiseen, väkilöiden seuraamiseen ja rikkakonttorikatsomukseen, mitä parantaa turvallisuutta ja reagoimiskykyä.
• Lisätty todellisuus (AR): Syvyydenantava teknologia käytetään lisätyn todellisuuden sovelluksissa virtuaalikuvien tarkkaan päällekkäisyyteen todellisen maailman päälle, tarjoamalla käyttäjille imurskevaa kokemusta.

Sinoseen tarjoaa sinulle oikean syvyydenantavan kameran

Kokonaisvaltaisen kameramoduulien valmistajanavana Sinoseenilla on laaja kokemus suunnitelmien, kehitysten ja valmistusten toteuttamisessa OEM-kameramoduuleja tarjoamme korkean suorituskyvyn syväysToF-kameramoduulit ja teemme ne yhteensopiviksi rajapintojen, kuten USB, GMSL, MIPI jne., kanssa. Samalla se tukee edistyneitä kuvankäsittelytoimintoja, mukaan lukien globaali leveys ja infraohjuskuvaus.

Jos embedded-vision -sovelluksesi vaatii tukea syväysToF-tuntemisesta kameramoduuleista, ota meihin iloisesti yhteyttä. Uskon, että joukkoomme onnistuu tarjomaan sinulle tyydyttävä ratkaisu. Voit myös katsoa kameramoduulimme tuoteluettelosta ja katso, onko siellä kameramoduuli, joka täyttää tarpeidet.