Kameror för djupmätning: Hur många typer finns och hur fungerar de?

Djupdetekterande kameramoduler är nu en nyckleteknik inom inbäddade system, robotik, industriell automatisering och självkörande fordon. De gör att maskiner kan "se" världen i tre dimensioner, precis som vi människor gör. Djupdetekterande tekniker, inklusive Time-of-Flight (ToF), LiDAR och strukturerad ljuskameror, ger maskiner exakt rumsuppfattning, vilket möjliggör en hög grad av interaktivitet och automatisering i en mängd olika tillämpningar. Dessa tekniker driver utvecklingen av områden som självkörande fordon, robotnavigering, industriell automatisering och förstärkt verklighet. Denna artikel kommer att dyka djupt in i hur djupdetekterande kameror fungerar, de olika tekniktyperna och deras mångfaldiga tillämpningar inom modern teknik. I våra tidigare artiklar har vi presenterat ToF och andra 3D-kartläggande kameror . För mer information, se dem.

De olika typerna av djupdetekterande kameror och deras grundläggande implementeringsprinciper

Innan vi förstår varje typ av djupdetekterande kamera, låt oss först förstå vad djupdetektion är.

Vad är djupdetektion?

Djupdetektion är en teknik för att mäta avståndet mellan en enhet och ett objekt eller avståndet mellan två objekt. Detta kan uppnås med en 3D-djupdetekterande kamera, som automatiskt upptäcker när något objekt finns nära enheten och mäter avståndet till objektet vid vilken tidpunkt som helst. Denna teknik är fördelaktig för enheter som integrerar djupdetekterande kameror eller autonoma mobila program som tar realtidsbeslut genom att mäta avstånd.

Bland de djupdetekterande tekniker som används idag är de tre mest vanligt förekommande:
1. Strukturerat ljus
2. Stereo vision
3. Tid av flygt
1. Direkt tid av flygt (dToF)
1. LiDAR
2. Indirekt tid av flygt (iToF)
Låt oss ta en närmare titt på principerna för varje djupdetekteringsteknologi.

STRUKTURERAT LJUS

Strukturerade ljuskameror beräknar djupet och konturen av ett objekt genom att projicera ett känt ljusmönster, som lasers, LEDs etc. (vanligen i form av strimmor), på målobjektet och analysera deformationen av det reflekterade mönstret. Denna teknik är utmärkt för sin höga noggrannhet och stabilitet under kontrollerade belysningsförhållanden, men används vanligtvis för 3D-skanning och modellering på grund av dess begränsade operativa omfattning.

Stereovision

Stereovisionkameror fungerar liknande den mänskliga binära visionen, genom att fånga bilder via två kameror på ett visst avstånd och använda programvarubehandling för att upptäcka och jämföra karakteristiska punkter i de båda bilderna för att beräkna djupinformation. Denna teknik är användbar för realtidstillämpningar under olika belysningsförhållanden, såsom industriell automatisering och förstärkt verklighet.

Tid-av-flygt-kamera

Tid av flykt (ToF) syftar på tiden det tar för ljus att färdas en viss avstånd. Tid av flykt-kameror använder detta princip för att uppskatta avståndet till ett objekt baserat på tiden det tar för utsläppt ljus att speglas från ytan på objektet och återvända till sensorn.
Det finns tre huvudsakliga komponenter i en tid-av-flykt-kamera:

1. ToF-sensor och sensorsmodul
2. Ljuskälla
3. Djupsensor

ToF kan delas in i två typer beroende på metoden som används av djupsensoern för att bestämma avstånd: direkt tid-av-flykt (DToF) och indirekt tid-av-flykt (iToF). Låt oss ta en närmare titt på skillnaderna mellan dessa två typer.

Direkt Tid-av-Flykt (dToF)

Direkt tid-av-flykt (dToF) teknik fungerar genom att mäta avstånd direkt genom att släppa infraröda laserspolar och mäta tiden det tar för dessa spolar att färdas från sändaren till objektet och tillbaka igen.

dToF-kameramoduler använder speciella ljuskänsliga pixlar, som single-photon avalanche-dioder (SPADs), för att upptäcka plötsliga ökningar av fotoner i reflekterade ljuspulser, vilket möjliggör en preciserad beräkning av tidsintervall. När en ljuspuls reflekteras av ett objekt upptäcker SPAD-en en plötslig topp i antalet fotoner. Detta gör det möjligt att spåra intervallen mellan fotonstopp och mäta tid.

dToF-kameror har vanligtvis lägre upplösning, men deras små dimensioner och låga pris gör dem idealiska för tillämpningar som inte kräver hög upplösning och realtidprestanda.

Lidar

Eftersom vi pratar om att använda infrarött laserslag för att mäta avstånd, låt oss prata om LiDAR-kameror.

LiDAR (Light Detection and Ranging)-kameror använder en lasersändare för att projicera ett rasterljusmönster över scenen som spelas in och skanna fram och tillbaka. Avståndet mäts genom att beräkna tiden det tar för kameransensorn att spela in ljuspulsen när den når ett objekt och reflekteras tillbaka till sig själv.

LiDAR-sensorer använder vanligtvis två våglängder av infraröda lasers: 905 nanometer och 1550 nanometer. Lasers med kortare våglängder är mindre sannolika att absorberas av vatten i atmosfären och är bättre lämpade för långdistansmätningar. I motiverande fall kan infraröda lasers med längre våglängder användas i ögonsäkra tillämpningar, såsom robotar som opererar runt människor.

Indirekt Tid i Flyg (iToF)

Till skillnad från direkt tid i flyg, beräknar indirekt tid i flyg (iToF) kameror avstånd genom att upplysa hela sceneriet med kontinuerligt modulerade laserspolar och registrera fasförskjutningen i sensornpixels. iToF-kameror kan fånga avståndsinformation för hela sceneriet på en gång. Till skillnad från dToF mäter iToF inte direkt tidsintervallet mellan varje ljuspuls.

Med en iToF-kamera kan avståndet till alla punkter i ett scenario fastställas med bara en enda bildtagning.

Vanliga områden för djupsensorer i kameror

• Autonoma fordon: Djupsensorer i kameror ger autonoma fordon nödvändiga möjligheter att uppfatta miljön, vilket låter dem identifiera och undvika hinder samtidigt som de utför exakt navigering och vägplanering.
• Säkerhet och övervakning: Djupsensorer i kameror används inom säkerhetsbranschen för ansiktsigenkänning, folkmassövervakning och intrångsdetektering, vilket förbättrar säkerheten och responsfarten.
• Förstärkt realitet (AR): Djupsensorer används i förstärkt verklighetsapplikationer för att noggrant lagra virtuella bilder på den verkliga världen, vilket ger användarna en immersiv upplevelse.

Sinoseen erbjuder dig rätt djupsensorer i kameror

Som en etablerad tillverkare av kameramoduler har Sinoseen omfattande erfarenhet av att designa, utveckla och tillverka OEM-kameramoduler vi tillhandahåller högpresterande djupToF-kameramoduler och gör dem kompatibla med gränssnitt som USB, GMSL, MIPI etc. Samtidigt stöder det avancerade bildbearbetningsfunktioner inklusive global shutter och infrarött avbildning.

Om ditt inbyggda visionsprogram behöver stöd för djupToF-sensorkameramoduler, tveka inte att kontakta oss. Jag tror att vårt team kommer att erbjuda dig en tillfredsställande lösning. Du kan också besöka vår produktlista över kameramoduler för att se om det finns en kameramodul som uppfyller dina krav.