กล้องตรวจจับความลึก: มีกี่ประเภทและทำงานอย่างไร?

โมดูลกล้องตรวจจับความลึกเป็นเทคโนโลยีสำคัญในระบบฝังตัว หุ่นยนต์ อัตโนมัติทางอุตสาหกรรม และยานพาหนะไร้คนขับในปัจจุบัน เทคโนโลยีเหล่านี้ทำให้เครื่องจักรสามารถ "มองเห็น" โลกในสามมิติได้เหมือนมนุษย์ เรา กล้องตรวจจับความลึก เช่น เทคโนโลยี Time-of-Flight (ToF) LiDAR และกล้องแสงโครงสร้าง มอบการรับรู้เชิงพื้นที่อย่างแม่นยำให้กับเครื่องจักร ซึ่งช่วยเพิ่มระดับการโต้ตอบและการอัตโนมัติในหลากหลายแอปพลิเคชัน เทคโนโลยีเหล่านี้กำลังผลักดันการพัฒนาของสาขาต่าง ๆ เช่น ยานพาหนะไร้คนขับ การนำทางของหุ่นยนต์ อัตโนมัติทางอุตสาหกรรม และความจริงเสริม บทความนี้จะเจาะลึกถึงการทำงานของกล้องตรวจจับความลึก ประเภทของเทคโนโลยีต่าง ๆ และการประยุกต์ใช้งานที่หลากหลายในเทคโนโลยีสมัยใหม่ ในบทความก่อนหน้าของเรา เราได้ แนะนำ ToF และกล้องแผนที่ 3D อื่น ๆ หากต้องการรายละเอียดเพิ่มเติม กรุณาอ้างอิงจากบทความเหล่านั้น

ประเภทต่าง ๆ ของกล้องตรวจจับความลึกและหลักการทำงานพื้นฐานของพวกมัน

ก่อนที่จะเข้าใจเกี่ยวกับกล้องตรวจจับความลึกแต่ละประเภท ลองมาทำความเข้าใจก่อนว่าการตรวจจับความลึกคืออะไร

การตรวจจับความลึกคืออะไร?

การตรวจจับความลึกเป็นเทคนิคในการวัดระยะทางระหว่างอุปกรณ์กับวัตถุ หรือระยะทางระหว่างวัตถุสองวัตถุ อันนี้สามารถทำได้โดยใช้กล้องตรวจจับความลึก 3D ซึ่งจะตรวจจับวัตถุที่อยู่ใกล้อุปกรณ์และวัดระยะทางไปยังวัตถุนั้นได้ตลอดเวลา เทคโนโลยีนี้มีประโยชน์สำหรับอุปกรณ์ที่รวมกล้องตรวจจับความลึกหรือแอปพลิเคชันเคลื่อนที่แบบอัตโนมัติที่ตัดสินใจในเวลาจริงโดยการวัดระยะทาง

ในบรรดาเทคโนโลยีการตรวจจับความลึกที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน มีสามประเภทที่ใช้งานกันมากที่สุด:
1. แสงโครงสร้าง
2. การมองเห็นแบบสเตอริโอ
3. เวลาของการบิน
1. เวลาของการบินโดยตรง (dToF)
1. LiDAR
2. เวลาของการบินทางอ้อม (iToF)
ลองมาดูหลักการของแต่ละเทคโนโลยีในการตรวจจับความลึกกันให้ละเอียดยิ่งขึ้น

แสงที่มีโครงสร้าง

กล้องแบบโครงสร้างแสงจะคำนวณความลึกและรูปทรงของวัตถุโดยการฉายรูปแบบแสงที่ทราบแล้ว เช่น เลเซอร์ หรือ LED เป็นต้น (มักจะอยู่ในรูปของเส้นแนวนอน) ไปบนวัตถุเป้าหมายและวิเคราะห์การบิดเบือนของรูปแบบที่สะท้อนกลับมา เทคโนโลยีนี้มีความแม่นยำสูงและเสถียรภายใต้สภาพแสงที่ควบคุมได้ แต่มักใช้งานสำหรับการสแกนและสร้างแบบจำลอง 3D เนื่องจากมีระยะการทำงานที่จำกัด

การมองแบบสเตอริโอ

กล้องวิชั่นสเตอริโอทำงานคล้ายกับการมองเห็นแบบสองตาของมนุษย์ โดยการจับภาพผ่านกล้องสองตัวที่มีระยะห่างกัน และใช้การประมวลผลทางซอฟต์แวร์เพื่อตรวจจับและเปรียบเทียบจุดคุณลักษณะในภาพสองภาพเพื่อคำนวณข้อมูลความลึก เทคโนโลยีนี้เหมาะสำหรับการใช้งานแบบเรียลไทม์ในหลากหลายสภาพแสง เช่น ในระบบอัตโนมัติของอุตสาหกรรมและการเสริมจริง

กล้องแบบเวลาของการบิน

เวลาการบิน (ToF) หมายถึงเวลาที่แสงใช้ในการเดินทางผ่านระยะทางเฉพาะ การวัดระยะทางของกล้องแบบเวลาการบินอาศัยหลักการนี้เพื่อประมาณระยะทางไปยังวัตถุโดยพิจารณาจากเวลาที่แสงสะท้อนจากพื้นผิวของวัตถุและกลับมายังเซ็นเซอร์
มีส่วนประกอบหลักสามส่วนของกล้องแบบเวลาการบิน:

1. เซ็นเซอร์ ToF และโมดูลเซ็นเซอร์
2. แหล่งกำเนิดแสง
3. เซ็นเซอร์ความลึก

ToF สามารถแบ่งออกเป็นสองประเภทตามวิธีที่เซ็นเซอร์ความลึกใช้ในการกำหนดระยะทาง: เวลาการบินแบบตรง (DToF) และเวลาการบินแบบอ้อม (iToF) มาดูความแตกต่างระหว่างสองประเภทนี้กันใกล้ชิดขึ้น

เวลาการบินแบบตรง (dToF)

เทคโนโลยีเวลาการบินแบบตรง (dToF) ทำงานโดยการวัดระยะทางโดยตรงผ่านการปล่อยชุดแสงเลเซอร์อินฟราเรดและวัดเวลาที่ใช้ในการเดินทางจากตัวปล่อยไปยังวัตถุและกลับมา

โมดูลกล้อง dToF ใช้พิกเซลที่ไวต่อแสงพิเศษ เช่น single-photon avalanche diodes (SPADs) เพื่อตรวจจับการเพิ่มขึ้นอย่างฉับพลันของโฟตอนในชั้นแสงสะท้อน ซึ่งช่วยให้คำนวณช่วงเวลาได้อย่างแม่นยำ เมื่อชั้นแสงสะท้อนจากวัตถุ SPAD จะตรวจจับสัญญาณพีคของโฟตอน ทำให้สามารถติดตามช่วงเวลาระหว่างพีคของโฟตอนและวัดเวลาได้

กล้อง dToF มักจะมีความละเอียดต่ำกว่า แต่ขนาดเล็กและความราคาถูกทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่ไม่ต้องการความละเอียดสูงและการทำงานแบบเรียลไทม์

LiDAR

เนื่องจากเรากำลังพูดถึงการใช้ชั้นแสงเลเซอร์อินฟราเรดในการวัดระยะทาง มาพูดถึงกล้อง LiDAR กันบ้าง

กล้อง LiDAR (Light Detection and Ranging) ใช้ตัวส่งเลเซอร์ในการฉายรูปแบบแสง raster ผ่านฉากที่กำลังบันทึกและสแกนไปมา ระยะทางจะถูกวัดโดยการคำนวณเวลาที่ใช้ในการบันทึกชั้นแสงสะท้อนจากวัตถุกลับมายังตัวเซนเซอร์กล้อง

เซนเซอร์ LiDAR มักใช้สองความยาวคลื่นของเลเซอร์อินฟราเรด: 905 นาโนเมตรและ 1550 นาโนเมตร เลเซอร์ที่มีความยาวคลื่นสั้นกว่ามีแนวโน้มที่จะถูกดูดซับโดยน้ำในชั้นบรรยากาศน้อยกว่า และเหมาะสมสำหรับการวัดระยะทางไกล ในทางกลับกัน อินฟราเรดเลเซอร์ที่มีความยาวคลื่นยาวกว่าสามารถใช้งานได้ในแอปพลิเคชันที่ปลอดภัยต่อดวงตา เช่น หุ่นยนต์ที่ทำงานร่วมกับมนุษย์

การวัดเวลาบินแบบอ้อม (iToF)

ไม่เหมือนกับการวัดเวลาบินแบบตรง การวัดเวลาบินแบบอ้อม (iToF) กล้องจะคำนวณระยะทางโดยการส่องแสงฉากทั้งหมดด้วยชุด pulsed laser ที่ปรับแต่งอย่างต่อเนื่องและบันทึกการเปลี่ยนเฟーズในพิกเซลของเซนเซอร์ iToF กล้องสามารถจับข้อมูลระยะทางของฉากทั้งหมดพร้อมกัน แตกต่างจาก dToF iToF ไม่ได้วัดช่วงเวลาโดยตรงระหว่างแต่ละชุด pulsed light

ด้วยกล้อง iToF ระยะทางไปยังจุดทั้งหมดในฉากสามารถกำหนดได้เพียงแค่การถ่ายภาพครั้งเดียว

ฟิลด์ทั่วไปของกล้องตรวจจับความลึก

• ยานพาหนะอัตโนมัติ: กล้องตรวจจับความลึกให้ความสามารถในการรับรู้สภาพแวดล้อมที่จำเป็นแก่ยานพาหนะอัตโนมัติ ทำให้สามารถระบุและหลีกเลี่ยงสิ่งกีดขวางในขณะทำการนำทางและการวางแผนเส้นทางอย่างแม่นยำ
• ความปลอดภัยและการเฝ้าระวัง: กล้องตรวจจับความลึกใช้ในด้านความปลอดภัยสำหรับการรู้จำใบหน้า การตรวจสอบฝูงชน และการตรวจจับการบุกรุก เพื่อเพิ่มความปลอดภัยและความเร็วในการตอบสนอง
• ความจริงเสริม (AR): เทคโนโลยีการตรวจจับความลึกใช้ในแอปพลิเคชันความจริงเสริมเพื่อวางภาพเสมือนจริงลงบนโลกจริงอย่างแม่นยำ มอบประสบการณ์ที่น่าตื่นเต้นให้กับผู้ใช้

Sinoseen มอบกล้องตรวจจับความลึกที่เหมาะสมให้กับคุณ

ในฐานะผู้ผลิตโมดูลกล้องที่มีความชำนาญ Sinoseen มีประสบการณ์มากมายในการออกแบบ พัฒนาและ ผลิตโมดูลกล้อง OEM เราให้บริการโมดูลกล้อง ToF ความลึกประสิทธิภาพสูงและทำให้เข้ากันได้กับอินเทอร์เฟซต่างๆ เช่น USB, GMSL, MIPI เป็นต้น นอกจากนี้ยังรองรับฟังก์ชันการประมวลผลภาพขั้นสูง เช่น โหมดชัตเตอร์ทั่วโลก (global shutter) และการถ่ายภาพด้วยอินฟราเรด

หากแอปพลิเคชันวิชั่นแบบฝังตัวของคุณต้องการการสนับสนุนสำหรับโมดูลกล้องเซนเซอร์ ToF ความลึก โปรดติดต่อเราได้ทันที เราเชื่อว่าทีมของเราจะมอบโซลูชันที่น่าพอใจให้กับคุณ คุณยังสามารถ เยี่ยมชมรายการผลิตภัณฑ์โมดูลกล้องของเรา เพื่อดูว่ามีโมดูลกล้องใดที่ตรงกับความต้องการของคุณหรือไม่