Skillnaden mellan time of flight (ToF) och andra 3D-djupkartläggningskameror

Förmågan att känna av och interagera med 3D-världen blir allt viktigare i dagens tekniklandskap, och en av de mest lovande är Time-of-Flight-tekniken (ToF). Detta är en banbrytande lösning för 3D-djupkartläggning som blir allt populärare inom icke-mobila områden som industriell automation och detaljhandel. Även om ToF-konceptet har funnits sedan 1990-talet tillsammans med låsbar CCD-teknik, är det först under de senaste åren som det långsamt har mognat för att möta de stränga kraven på den professionella marknaden.

I det här inlägget kommer vi att ta en djupgående titt på varför ToF-kameror blir mer och mer populära för 3D-djupkartläggning, och hur de skiljer sig från andra 3D-avbildningstekniker som stereosynsavbildning och strukturerad ljusavbildning.

Vad är 3D-djupmappning?

3D-djupmappning kan också kallas djupavkänning eller 3D-mappning. Det är en banbrytande teknik som skapar en 3D-vyrepresentation av ett utrymme eller objekt genom att noggrant mäta avståndet mellan sensorn och olika punkter i miljön. Den bryter igenom begränsningarna för traditionella 2D-kameradata och är avgörande för tillämpningar som kräver korrekt rumslig uppfattning och beslutsfattande i realtid.

I sin kärna,Djupkartläggning i 3Dinnebär att man projicerar en ljuskälla på ett föremål och sedan använder en kamera eller sensor för att fånga det reflekterade ljuset. Den infångade datan analyseras för att bestämma tidsfördröjningen eller mönsteravvikelsen för det reflekterade ljuset för att generera en djupkarta. I lekmannatermer är en djupkarta en digital ritning som beskriver det relativa avståndet mellan varje scenelement och den sensor.3D djupmappning är skillnaden mellan en statisk bild och en dynamisk interaktiv värld.

Vad är stereo vision-teknik?

Stereoseendetekniken är inspirerad av det mänskliga ögats förmåga att uppfatta djup genom binokulärt seende. Tekniken använder konceptet stereoparallax för att efterlikna det mänskliga ögats visuella system, där varje kamera registrerar sitt synfält och sedan använder dessa olika bilder för att beräkna avstånden till objekt i en scen. Stereoparallax är skillnaden i positionen för ett objekts bild som ses av vänster öga och höger öga. Och den process genom vilken hjärnan extraherar djupinformation från en 2D-näthinnebild genom binokulär parallax kallas stereopsis.

Stereokameror använder just denna teknik. De tar två separata bilder från olika synvinklar (liknande det mänskliga ögat) och korrelerar sedan dessa bilder för att bestämma objektavstånd. Djupkartor konstrueras genom att känna igen motsvarande egenskaper i de två bilderna och mäta den horisontella förskjutningen eller parallaxen mellan dessa objekt. En sak att notera är att ju större parallaxen är, desto närmare är objektet observatören.

Hur fungerar en stereoseendekamera?

Stereoseendekameror efterliknar det mänskliga ögats teknik, som uppfattar djup genom trianguleringens geometri, där det finns flera viktiga attribut att ta hänsyn till:

• Baslinje: avståndet mellan de två kamerorna, liknande det mänskliga pupillavståndet (~50-75 mm, pupillavstånd).
• Upplösning: proportionell mot djupet. Sensorer med högre upplösning ger fler pixlar för att analysera parallax, vilket möjliggör mer exakta djupberäkningar.
• Brännvidd: Brännvidden är proportionell mot skärpedjupet. Påverkar djupområdet och synfältet, kort brännvidd, brett synfält, men dålig djupuppfattning av närområdet;brännviddär hög, är synfältet stort, desto mer detaljerad observation av objekt i närfältet.

Stereovisionskameror är särskilt lämpliga för utomhusapplikationer som kräver ett stort synfält, såsom automatiska navigationssystem och 3D-rekonstruktion. Naturligtvis kräver tekniken att den tagna bilden måste ha tillräcklig detaljrikedom och textur eller inhomogenitet. Vi kan också förbättra dessa texturer och detaljer genom att belysa scenen med strukturerad belysning för att förbättra funktionsdetekteringen och förbättra kvaliteten på djupkartan.

Vad är strukturerad ljusavbildning?

Strukturerad ljusavbildning är en sofistikerad metod för djupkartläggning i 3D som använder en ljuskälla för att projicera ett mönster på en yta och sedan fångar förvrängningen av det mönstret när det interagerar med objektets 3D-geometri. Denna teknik möjliggör noggrann mätning av ett objekts dimensioner och rekonstruktion av dess 3D-form.

I 3D-avbildning använder strukturerade ljuskameror en ljuskälla som en laser eller LED för att projicera ett mönster (vanligtvis ett rutnät eller en serie ränder). Syftet med mönstret är att förbättra kamerans förmåga att känna igen och mäta förändringar i ytan den belyser. När mönstret lyser upp ytan på ett objekt deformeras det i enlighet med objektets form och rumsliga egenskaper. DenModul för kamerorkan fånga dessa förvrängda mönster i olika vinklar mot ljuskällan.

Hur fungerar en strukturerad ljuskamera?

Strukturerad ljuskameraavbildning omfattar flera steg, som kortfattat sammanfattas nedan:

• Mönsterprojektion: Ett specialdesignat ljusmönster projiceras på ett objekt, som sedan deformeras för att uppnå 3D-mappning baserat på objektets konturer.
• Bildtagning: Det deformerade mönstret fångas av kameran och förändringarna i mönstret observeras i en viss vinkel. Objektets djup härleds genom att jämföra det kända projicerade ljusmönstret och ljusinteraktionen med objektets 3D-yta.
• Triangulering: Kameran använder det kända projicerade mönstret och den tagna bilden för att beräkna objektets djup genom triangulering för att skapa en detaljerad 3D-karta.

Noggrannheten och upplösningen för strukturerad ljusavbildning påverkas av faktorer som ljuskällans kvalitet, mönstrets komplexitet och kamerans förmåga att lösa detaljer. Denna teknik är särskilt effektiv i miljöer där belysningen är kontrollerad och ytegenskaperna hos objektet är tydligt synliga.

Vad är Time-of-Flight Imaging?

ToF-avbildning (Time-of-Flight) har redan behandlats i en särskild artikel. Time-of-Flight (ToF) avbildning är en teknik med hög noggrannhet och realtidsprestanda och är den föredragna lösningen för 3D-djupkartläggning idag. Kärnan i ToF-tekniken är ljuskällan, som mäter den tid det tar för ljussignalen att sprida sig från kameran, reflekteras bort från objektet och återvända till sensorn, vilket gör att avståndet till objektet kan beräknas med fantastisk noggrannhet. Intresserade parter kan hänvisa till föregående artikel för en djupgående titt på principerna för ToF-tekniken samt dess fördelar och brister.

Stereoseende vs. strukturerat ljus vs. Time-of-Flight-avbildning (ToF)

När det gäller 3D-avbildning beror valet mellan stereoseende, strukturerad ljusavbildning och Time-of-Flight-tekniker (ToF) vanligtvis på applikationens specifika krav. Varje tillvägagångssätt har sina egna fördelar och begränsningar, som vi kommer att utforska i detalj för att hjälpa dig att förstå varför ToF-kameror i allt högre grad erkänns som det föredragna valet för många 3D-kartläggningsapplikationer.

Varför är en ToF-kamera (Time-of-Flight) ett bättre val för 3D-mappning?

Noggrannhet är avgörande för 3D-kartläggningsteknik. Ovan har vi lärt oss vad 3D-djupavbildning är, samt information om time-of-flight (ToF), strukturerat ljus och stereoseende. Låt oss kort sammanfatta varför time-of-flight (ToF) är bättre lämpad för 3D-mappning.

• Direkt djupmätning:ToF-kameror kan mäta djupet direkt, vilket förenklar databehandlingskraven jämfört med system för stereoseende eller strukturerat ljus som förlitar sig på komplexa algoritmer för att beräkna djup baserat på bildparallax eller mönsterförvrängning.
• Hög noggrannhet och utbyggbarhet:Att ge mätningar med hög noggrannhet upp till mm till cm, i kombination med ett expanderbart djupområde, gör ToF-kameran väl lämpad för precisionsmätningar på olika avstånd.
• Programvarans komplexitet:ToF-kamerans djupdata genereras direkt från sensorn, vilket minskar behovet av algoritmer. Förbättrad databehandlingseffektivitet och snabbare implementering.
• Bättre prestanda i svagt ljus:Jämfört med stereoseende som förlitar sig på en ljuskälla, presterar Tof-kameror bättre i svagt ljus på grund av en aktiv och pålitlig ljuskälla.
• Kompakt och energieffektiv design:Till skillnad från andra sensorer är Tof-kameror mer kompakta och förbrukar mindre ström. Perfekt för bärbara eller batteridrivna enheter.
• Databehandling i realtid:Tof-kameran fångar och bearbetar djupdata mycket snabbt, vilket gör den idealisk för realtidsapplikationer som robotik.

Vilka applikationer behöver time-of-flight-kameror?

Autonoma mobila robotar (AMR):Tof-kameran ger avståndsmätning och hinderdetektering i realtid, vilket ger AMR flexibiliteten att navigera i komplexa utomhus- och inomhusmiljöer. Hjälper till att planera vägar och undvika kollisioner, vilket förbättrar robotens autonomi och tillförlitlighet.

Förarlösa transportfordon (AGV:er):I lager- och tillverkningsmiljöer säkerställer AGV:er utrustade med ToF-kameror tillförlitlig navigering och exakt materialhantering. Djupdata som tillhandahålls av dessa kameror stöder avancerade algoritmer för att hitta vägar för att optimera logistiken och minska mänsklig inblandning.

Ansiktsigenkänningsbaserade anti-spoofing-enheter:ToF-kameror i förstärkta ansiktsigenkänningssystem förhindrar obehörig åtkomst genom ansiktsigenkänningsförfalskning genom att analysera djupgående data som kan skilja mellan ett riktigt ansikte och ett försök att replikera det (t.ex. en mask eller ett foto).

Slutsats

Genom den här artikeln är det tydligt att se den viktiga roll som Time-of-Flight-kameror (ToF) spelar inom området 3D-avbildning. Fördelarna med ToF-kameror belyser också deras potential att revolutionera branscher som förlitar sig på exakta rumsliga data.
Medan stereoseende, strukturerad ljusavbildning och ToF-teknik var och en har sina egna fördelar mellan sig, sticker ToF-kameror ut för sin förmåga att tillhandahålla direkta, exakta och skalbara djupmätningar med relativt låg mjukvarukomplexitet. Detta gör dem idealiska för applikationer där hastighet, noggrannhet och tillförlitlighet är avgörande.

Med över ett decenniums branscherfarenhet av att leverera och anpassaOEM-kamerorkan Sinoseen förse dig med de mest specialiserade bildlösningarna för din kameramodul. Oavsett om det är MIPI, USB, dvp eller MIPI csi-2-gränssnitt har Sinoseen alltid en lösning för din tillfredsställelse, tveka inte att kontakta oss om du behöver något.