Kamery do wykrywania głębokości: Ile jest rodzajów i jak działają?

Moduły kamer wykrywania głębokości są obecnie kluczową technologią w systemach wbudowanych, robotyce, automatyzacji przemysłowej i pojazdach autonomicznych. Pozwalają one maszynom "widzieć" świat w trzech wymiarach, tak jak my, ludzie. Technologie wykrywania głębokości, w tym Time-of-Flight (ToF), LiDAR oraz kamery o strukturalnym świetle, zapewniają maszynom dokładne postrzeganie przestrzenne, umożliwiając wysoki stopień interaktywności i automatyzacji w różnych aplikacjach. Te technologie napędzają rozwój dziedzin takich jak pojazdy autonomiczne, nawigacja roboczych, automatyzacja przemysłowa i rzeczywistość rozszerzona. W niniejszym artykule zagłębimy się w to, jak działają kamery wykrywania głębokości, jakie istnieją rodzaje technologii oraz ich różnorodne zastosowania w nowoczesnej technologii. W naszych poprzednich artykułach omówiliśmy toF i inne kamery mapowania 3D . Aby uzyskać więcej szczegółów, odwołaj się do nich.

Różne typy kamer wykrywania głębokości i ich podstawowe zasady implementacji

Przed zrozumieniem każdego rodzaju kamery do wykrywania głębokości, najpierw musimy zrozumieć, co to jest wykrywanie głębokości.

Co to jest wykrywanie głębokości?

Wykrywanie głębokości to technika pomiaru odległości między urządzeniem a obiektem lub między dwoma obiektami. Może być realizowane za pomocą kamery 3D do wykrywania głębokości, która automatycznie wykrywa obecność dowolnego obiektu w pobliżu urządzenia i mierzy odległość do obiektu w dowolnym momencie. Ta technologia jest przydatna dla urządzeń zintegrowanych z kamerami do wykrywania głębokości lub aplikacji mobilnych autonomicznych, które podejmują decyzje w czasie rzeczywistym poprzez pomiar odległości.

Spośród technologii wykrywania głębokości stosowanych dzisiaj, trzy najczęściej używane to:
1. Strukturalne światło
2. Widzenie stereoskopowe
3. Czas lotu
1. bezpośredni czas lotu (dToF)
1. LiDAR
2. pośredni czas lotu (iToF)
Przyjrzyjmy się bliżej zasadom działania każdej technologii wyczuwania głębokości.

ŚWIATŁOŚĆ STRUKTUROWANA

Kamery oświetlenia strukturalnego obliczają głębokość i kontur obiektu poprzez rzutowanie znanego wzoru światła, takiego jak lasery, diody LED itp. (zazwyczaj w postaci pasków) na cel i analizę deformacji odbitego wzoru. Ta technologia jest doskonała pod względem wysokiej dokładności i stabilności w warunkach kontrolowanego oświetlenia, ale ogólnie jest wykorzystywana do skanowania i modelowania 3D ze względu na ograniczony zasięg działania.

WIDOWANIE STEREO

Kamery widzenia stereoskopowego działają podobnie do ludzkiego widzenia dwubocznego, przechwytując obrazy za pomocą dwóch kamer umieszczonych w określonej odległości i korzystając z przetwarzania oprogramowania do wykrywania i porównywania punktów charakterystycznych w obu obrazach w celu obliczenia informacji o głębokości. Ta technologia jest przydatna w aplikacjach czasu rzeczywistego w różnych warunkach oświetleniowych, takich jak automatyzacja przemysłowa i rzeczywistość rozszerzona.

Kamera czasu lotu

Czas lotu (ToF) odnosi się do czasu, jaki światło potrzebuje, aby pokonać określoną odległość. Kamyki czasu lotu wykorzystują ten zasadę do oszacowania odległości do obiektu na podstawie czasu, jaki potrzebuje światło emityowane, aby odbić się od powierzchni obiektu i wrócić do czujnika.
Istnieją trzy główne składniki kamery czasu lotu:

1. Czujnik ToF i moduł czujnika
2. Źródło światła
3. Czujnik głębokości

ToF można podzielić na dwa rodzaje w zależności od metody stosowanej przez czujnik głębokości do określania odległości: bezpośredni czas lotu (DToF) i pośredni czas lotu (iToF). Spójrzmy bliżej na różnice między tymi dwoma typami.

Bezpośredni Czas Lotu (dToF)

Technologia bezpośredniego czasu lotu (dToF) działa poprzez bezpośrednią pomiar odległości poprzez emisję impulsów laserowych podczerwonych i mierzenie czasu, jaki potrzebują te impulsy, aby dotrzeć od emitera do obiektu i z powrotem.

moduły kamer dToF używają specjalnych pikseli wrażliwych na światło, takich jak diody lawinowe jednofotonowe (SPAD), aby wykrywać nagłe wzrosty fotonów w odbitych impulsach światła, co umożliwia dokładne obliczanie przedziałów czasowych. Gdy impuls światła odbija się od obiektu, SPAD wykrywa nagły szczyt fotonów. Pozwala to na śledzenie przedziałów między szczytami fotonów i mierzenie czasu.

kamery dToF mają zazwyczaj niższą rozdzielczość, ale ich mały rozmiar i niska cena czynią je idealnym rozwiązaniem dla zastosowań, które nie wymagają wysokiej rozdzielczości i wydajności w czasie rzeczywistym.

LiDAR

Skoro mówimy o użyciu impulsów laserowych w podczerwieni do pomiaru odległości, porozmawiajmy o kamery LiDAR.

Kamery LiDAR (Wykrywanie i Określanie Odległości za pomocą Światła) używają nadajnika laserowego, aby rzutować wzorzec światła siatki na scenę, która jest nagrywana, oraz skanować go tam i z powrotem. Odległość jest mierzona przez obliczenie czasu potrzebnego kamerze sensorowej do zarejestrowania impulsu światła, aby dotarł do obiektu i odbił się z powrotem.

Czujniki LiDAR zwykle korzystają z dwóch długości fal lasera podczerwonego: 905 nanometrów i 1550 nanometrów. Lasery o krótszych długościach fal są mniej prawdopodobne do pochłaniania przez wodę w atmosferze i lepiej nadają się do pomiarów długodystansowych. W przeciwieństwie do tego, podczerwone lasery o dłuższych długościach fal mogą być wykorzystywane w aplikacjach bezpiecznych dla oczu, takich jak roboty działające w pobliżu ludzi.

Niez bezpośredni Czas Lotu (iToF)

W odróżnieniu od bezpośredniego czasu lotu, kamery niez bezpośredni czasu lotu (iToF) obliczają odległość, oświetlając całą scenę ciągle modulowanymi impulsami laserowymi i rejestrując przesunięcie fazowe w pikselach czujnika. Kamery iToF są w stanie przechwycić informacje o odległości dla całej sceny naraz. W odróżnieniu od dToF, iToF nie mierzy bezpośrednio przedziału czasowego między każdym impulsem światła.

Z kamerą iToF odległość do wszystkich punktów w scenie można ustalić za pomocą jednego strzału.

Wspólne dziedziny zastosowań kamer detekcji głębokości

• Samochody autonomiczne: Kamy detekcji głębokości zapewniają samochodom autonomicznym niezbędne zdolności percepcji środowiska, pozwalając im na identyfikację i unikanie przeszkód podczas dokładnego nawigowania i planowania trasy.
• Bezpieczeństwo i nadzór: Kamy detekcji głębokości są wykorzystywane w dziedzinie bezpieczeństwa do rozpoznawania twarzy, monitorowania tłumu i wykrywania włamań, poprawiając bezpieczeństwo i szybkość reakcji.
• Rozszerzana rzeczywistość (AR): Technologia detekcji głębokości jest wykorzystywana w aplikacjach rozszerzonej rzeczywistości do dokładnego nakładania obrazów wirtualnych na świat rzeczywisty, oferując użytkownikom imersyjne doświadczenie.

Sinoseen oferuje odpowiednią kamerę detekcji głębokości

Jako dojrzały producent modułów kamerowych, Sinoseen ma szerokie doświadczenie w projektowaniu, opracowywaniu i produkowaniu modułów kamerowych OEM . Ofieramy wysoce wydajne moduły kamer ToF z głębokością i sprawiamy, że są one kompatybilne z interfejsami takimi jak USB, GMSL, MIPI itp. W tym samym czasie wspiera zaawansowane funkcje przetwarzania obrazu, w tym globalny przymiotnik i podczerwień.

Jeśli Twoja aplikacja wizyjna wymaga wsparcia dla modułów kamer czujników głębokości ToF, skontaktuj się z nami bez wahania. Uważam, że nasz zespół zaproponuje Ci satysfakcjonujące rozwiązanie. Możesz również odwiedzić naszą listę produktów z modułami kamer aby zobaczyć, czy jest tam moduł kamery spełniający Twoje potrzeby.