Diepte-sensoren camera's: Hoeveel types zijn er en hoe werken ze?

Diepte-sensoren camera-modules zijn nu een sleuteltechnologie in ingebedde systemen, robotica, industriële automatisering en zelfrijdende voertuigen. Ze laten machines de wereld in drie dimensies zien, net zoals wij mensen dat doen. Diepte-sensortechnologieën, waaronder Time-of-Flight (ToF), LiDAR en gestructureerde lichtcamera's, geven machines nauwkeurige ruimtelijke perceptie, wat een hoge graad van interactiviteit en automatisering mogelijk maakt in verschillende toepassingen. Deze technologieën drijven de ontwikkeling van gebieden zoals autonome voertuigen, robotnavigatie, industriële automatisering en augmented reality. In dit artikel zullen we diep ingaan op hoe diepte-sensoren cameras werken, de verschillende technologieën en hun uiteenlopende toepassingen in moderne technologie. In onze eerdere artikelen hebben we toF en andere 3D-mapping camera's voorgesteld . Voor meer details verwijzen wij naar deze.

Verschillende soorten diepte-sensoren camera's en hun basisimplementatieprincipes

Voordat we elk type dieptesensorcamera begrijpen, moeten we eerst begrijpen wat dieptemeting is.

Wat is dieptemeting?

Dieptemeting is een techniek om de afstand tussen een apparaat en een object of de afstand tussen twee objecten te meten. Dit kan worden bereikt met een 3D-deepth sensing camera, die automatisch het aanwezig zijn van elk object in de buurt van het apparaat detecteert en de afstand tot het object op elk moment meet. Deze technologie is voordelig voor apparaten die deepth sensing cameras integreren of autonome mobiele toepassingen die real-time beslissingen nemen door afstanden te meten.

Van de vandaag de dag gebruikte dieptemetingstechnieken zijn de drie meest gebruikte:
1. Gestuctureerd licht
2. Stereovision
3. Time of flight
1. Direct time of flight (dToF)
1. LiDAR
2. Indirect time of flight (iToF)
Laten we een nauwere blik werpen op de principes van elke dieptemetingstechnologie.

GESTRUCTUREERD LICHT

Gestructureerde lichtcamera's berekenen de diepte en het profiel van een object door een bekend lichtpatroon, zoals lasers, LEDs, etc. (meestal in de vorm van strepen), op het doelobject te projecteren en de vervorming van het weerspiegelde patroon te analyseren. Deze technologie is uitstekend qua nauwkeurigheid en stabiliteit onder beheerde verlichtingsomstandigheden, maar wordt algemeen gebruikt voor 3D-scannen en modelleren vanwege haar beperkte werkgebied.

STEREOVISIE

Stereoziencamera's werken vergelijkbaar met menselijk binoculair gezichtsvermogen, door afbeeldingen vast te leggen via twee camera's op een bepaalde afstand en softwareverwerking te gebruiken om kenmerkpunten in de twee afbeeldingen te detecteren en te vergelijken om diepteinformatie te berekenen. Deze technologie is handig voor real-time toepassingen in verschillende verlichtingsomstandigheden, zoals industriële automatisering en augmented reality.

Time of flight camera

Tijd van vlucht (ToF) verwijst naar de tijd die licht nodig heeft om een bepaalde afstand te reizen. Tijd-van-vluchtcamera's gebruiken dit principe om de afstand tot een object te schatten op basis van de tijd die het kost voor uitgezonden licht om van de oppervlakte van het object te weerkaatsen en terug te keren naar de sensor.
Er zijn drie hoofdbestanddelen van een time-of-flight-camera:

1. ToF-sensor en sensormodule
2. Lichtbron
3. Dieptesensor

ToF kan worden verdeeld in twee typen op basis van de methode die wordt gebruikt door de dieptesensor om de afstand te bepalen: direct time-of-flight (DToF) en indirect time-of-flight (iToF). Laten we eens wat dichterbij kijken bij de verschillen tussen deze twee typen.

Direct Time-of-Flight (dToF)

Direct time-of-flight (dToF)-technologie werkt door afstand rechtstreeks te meten door infrarood laserpulsen uit te zenden en de tijd te meten die deze pulsen nodig hebben om van de emitter naar het object en weer terug te reizen.

dToF cameramodules gebruiken speciale lichtgevoelige pixels, zoals single-photon avalanche diodes (SPADs), om plotselinge toename van fotonen in weerspiegelde lichtpulsen te detecteren, wat een nauwkeurige berekening van tijdsintervallen mogelijk maakt. Wanneer een lichtpuls van een object wordt weerspiegeld, detecteert de SPAD een plotselinge piek in fotonen. Dit maakt het mogelijk om de intervallen tussen fotonenpieken bij te houden en de tijd te meten.

dToF camera's hebben doorgaans een lagere resolutie, maar hun kleine formaat en lage prijs maken ze ideaal voor toepassingen die geen hoge resolutie en realtime-prestaties vereisen.

LiDAR

Aangezien we het hebben over het gebruik van infrarood laserpulsen om afstand te meten, laten we het hebben over LiDAR camera's.

LiDAR (Light Detection and Ranging) camera's gebruiken een laserverzender om een rasterlichtpatroon over de opgenomen scène te projecteren en heen en weer te scannen. De afstand wordt gemeten door de tijd te berekenen die nodig is voor het camerasuren om de lichtpuls te registreren terwijl deze naar een object reist en weer terugkaatst.

LiDAR-sensoren gebruiken doorgaans twee golflengtes van infrarood lasers: 905 nanometer en 1550 nanometer. Lasers met kortere golflengtes worden minder geabsorbeerd door water in de atmosfeer en zijn beter geschikt voor lange afstandsmetingen. In tegenstelling daarmee kunnen infraroodlasers met langere golflengtes worden gebruikt in oogveilige toepassingen, zoals robots die samenwerken met mensen.

Indirecte Tijd van Vlucht (iToF)

In tegenstelling tot directe tijd van vlucht berekenen indirecte tijd van vlucht (iToF)-camera's afstand door de hele scène te verlichten met continu gemoduleerde laserpulsen en de faseshift in de sensorpixels te registreren. iToF-camera's kunnen afstandsgegevens voor de hele scène in een keer vastleggen. In tegenstelling tot dToF meet iToF niet rechtstreeks het tijdsinterval tussen elke lichtpuls.

Met een iToF-camera kan de afstand tot alle punten in een scène met één schot bepaald worden.

Gemeenschappelijke gebieden van dieptesensoren camera's

• Autonome voertuigen: Dieptesensoren-camera's bieden autonome voertuigen de noodzakelijke omgevingsperceptiecapaciteiten, waardoor ze obstakels kunnen herkennen en vermijden terwijl ze nauwkeurige navigatie en routeplanning uitvoeren.
• Veiligheid en bewaking: Dieptesensoren-camera's worden gebruikt in het veiligheidsveld voor gezichtsherkenning, menigtebewaking en inbraakdetectie, wat de veiligheid en responsnelheid verbetert.
• Versterkte realiteit (AR): Dieptesensortechnologie wordt gebruikt in augmented reality-toepassingen om virtuele afbeeldingen nauwkeurig over te leggen op de echte wereld, waardoor gebruikers een immersieve ervaring krijgen.

Sinoseen biedt u de juiste dieptesensoren-camera

Als een volwassen cameramodulefabrikant heeft Sinoseen uitgebreide ervaring in ontwerpen, ontwikkelen en produceren van OEM-cameramodules . Wij bieden hoogpresterende depth ToF camera-modules aan en maken ze compatibel met interfaces zoals USB, GMSL, MIPI, etc. Tegelijkertijd ondersteunt het geavanceerde afbeeldingsverwerkingsfuncties, waaronder global shutter en infraroodimaging.

Als uw embedded vision-toepassing ondersteuning nodig heeft voor depth ToF sensing camera-modules, aarzel dan niet om contact met ons op te nemen. Ik geloof dat ons team u een tevredenstellende oplossing zal bieden. U kunt ook onze camera module productenlijst bezoeken om te zien of er een camera-module is die aan uw behoeften voldoet.