Camera cảm biến độ sâu: Có bao nhiêu loại và chúng hoạt động như thế nào?

Các mô-đun camera cảm biến độ sâu hiện nay là một công nghệ then chốt trong các hệ thống nhúng, robot học, tự động hóa công nghiệp và xe tự lái. Chúng cho phép máy móc "nhìn" thế giới ở ba chiều, giống như cách con người chúng ta nhìn. Các công nghệ cảm biến độ sâu, bao gồm Time-of-Flight (ToF), LiDAR và camera ánh sáng cấu trúc, cung cấp cho máy móc khả năng nhận thức không gian chính xác, cho phép mức độ tương tác và tự động hóa cao trong nhiều ứng dụng khác nhau. Những công nghệ này đang thúc đẩy sự phát triển của các lĩnh vực như xe tự lái, định hướng robot, tự động hóa công nghiệp và thực tế tăng cường. Bài viết này sẽ đi sâu vào cách camera cảm biến độ sâu hoạt động, các loại công nghệ khác nhau và những ứng dụng đa dạng của chúng trong công nghệ hiện đại. Trong các bài viết trước đây của chúng tôi, chúng tôi đã giới thiệu về ToF và các camera tạo bản đồ 3D khác . Để biết thêm chi tiết, vui lòng tham khảo chúng.

Các loại camera cảm biến độ sâu khác nhau và nguyên lý cơ bản của việc thực hiện chúng

Trước khi hiểu về từng loại camera cảm biến độ sâu, hãy trước tiên hiểu xem cảm biến độ sâu là gì.

Cảm biến độ sâu là gì?

Cảm biến độ sâu là kỹ thuật đo khoảng cách giữa một thiết bị và một vật thể hoặc giữa hai vật thể. Điều này có thể được thực hiện bằng cách sử dụng camera cảm biến độ sâu 3D, tự động phát hiện sự hiện diện của bất kỳ vật thể nào gần thiết bị và đo khoảng cách đến vật thể vào bất kỳ thời điểm nào. Công nghệ này rất hữu ích cho các thiết bị tích hợp camera cảm biến độ sâu hoặc ứng dụng di động tự hành đưa ra quyết định theo thời gian thực bằng cách đo khoảng cách.

Trong số các công nghệ cảm biến độ sâu được sử dụng ngày nay, ba công nghệ phổ biến nhất là:
1. Ánh sáng cấu trúc
2. Thị giác song song
3. Thời gian bay
1. Thời gian bay trực tiếp (dToF)
1. LiDAR
2. Thời gian bay gián tiếp (iToF)
Hãy cùng tìm hiểu kỹ hơn về nguyên lý của từng công nghệ cảm biến độ sâu.

ÁNH SÁNG CẤU TRÚC

Camera ánh sáng cấu trúc tính toán độ sâu và đường viền của một đối tượng bằng cách chiếu một mẫu ánh sáng đã biết, chẳng hạn như tia laser, LED, v.v. (thường ở dạng sọc) lên đối tượng mục tiêu và phân tích sự méo mó của mẫu phản xạ. Công nghệ này rất tuyệt vời về độ chính xác cao và ổn định trong điều kiện ánh sáng được kiểm soát, nhưng thường được sử dụng cho quét và tạo mô hình 3D do phạm vi hoạt động có giới hạn.

THỊ GIÁC STEREO

Camera thị giác song song hoạt động tương tự như thị giác hai mắt của con người, chụp ảnh thông qua hai camera ở một khoảng cách nhất định và sử dụng xử lý phần mềm để phát hiện và so sánh các điểm đặc trưng trong hai hình ảnh để tính toán thông tin độ sâu. Công nghệ này hữu ích cho các ứng dụng thời gian thực trong nhiều điều kiện ánh sáng, chẳng hạn như tự động hóa công nghiệp và thực tế tăng cường.

Camera đo thời gian bay

Thời gian bay (ToF) đề cập đến thời gian ánh sáng cần để di chuyển một khoảng cách nhất định. Camera thời gian bay sử dụng nguyên tắc này để ước tính khoảng cách đến vật thể dựa trên thời gian mà ánh sáng phát ra phản xạ từ bề mặt của vật thể và trở lại cảm biến.
Có ba thành phần chính của một camera thời gian bay:

1. Cảm biến ToF và mô-đun cảm biến
2. Nguồn sáng
3. Cảm biến độ sâu

ToF có thể được chia thành hai loại dựa trên phương pháp mà cảm biến độ sâu sử dụng để xác định khoảng cách: thời gian bay trực tiếp (DToF) và thời gian bay gián tiếp (iToF). Hãy cùng tìm hiểu kỹ hơn về sự khác biệt giữa hai loại này.

Thời gian bay trực tiếp (dToF)

Công nghệ thời gian bay trực tiếp (dToF) hoạt động bằng cách đo khoảng cách trực tiếp bằng cách phát các xung laser hồng ngoại và đo thời gian mà các xung này cần để di chuyển từ bộ phát đến vật thể và quay trở lại.

các mô-đun camera dToF sử dụng các pixel nhạy sáng đặc biệt, chẳng hạn như điốtavalanche photon đơn (SPADs), để phát hiện sự tăng đột ngột về số lượng photon trong các xung ánh sáng phản xạ, cho phép tính toán chính xác khoảng thời gian. Khi một xung ánh sáng phản xạ từ một vật thể, SPAD phát hiện một đỉnh photon đột ngột. Điều này cho phép nó theo dõi các khoảng cách giữa các đỉnh photon và đo lường thời gian.

camera dToF thường có độ phân giải thấp hơn, nhưng kích thước nhỏ và giá thành thấp khiến chúng lý tưởng cho các ứng dụng không yêu cầu độ phân giải cao và hiệu suất thời gian thực.

LiDAR

Vì chúng ta đang nói về việc sử dụng các xung laser hồng ngoại để đo khoảng cách, hãy cùng thảo luận về camera LiDAR.

Camera LiDAR (Light Detection and Ranging) sử dụng một bộ truyền laser để chiếu một mẫu ánh sáng raster qua cảnh quan đang được ghi lại và quét lên xuống. Khoảng cách được đo bằng cách tính toán thời gian mà cảm biến camera cần để ghi lại xung ánh sáng đến vật thể và phản xạ trở lại.

Cảm biến LiDAR thường sử dụng hai bước sóng của tia laser hồng ngoại: 905 nanomet và 1550 nanomet. Các tia laser có bước sóng ngắn hơn ít có khả năng bị hấp thụ bởi nước trong khí quyển và phù hợp hơn cho các phép đo tầm xa. Ngược lại, các tia laser hồng ngoại có bước sóng dài hơn có thể được sử dụng trong các ứng dụng an toàn cho mắt, chẳng hạn như robot hoạt động xung quanh con người.

Thời gian bay gián tiếp (iToF)

Khác với thời gian bay trực tiếp, camera thời gian bay gián tiếp (iToF) tính toán khoảng cách bằng cách chiếu sáng toàn bộ cảnh bằng các xung laser được điều chế liên tục và ghi lại sự thay đổi pha trên các pixel cảm biến. Camera iToF có thể thu thập thông tin khoảng cách cho toàn bộ cảnh chỉ trong một lần chụp. Khác với dToF, iToF không đo trực tiếp khoảng thời gian giữa mỗi xung ánh sáng.

Với một camera iToF, khoảng cách đến tất cả các điểm trong một cảnh có thể được xác định chỉ bằng một lần chụp duy nhất.

Các lĩnh vực phổ biến của camera cảm biến độ sâu

• Xe tự lái: Camera cảm biến độ sâu cung cấp cho xe tự lái khả năng nhận thức môi trường cần thiết, cho phép chúng xác định và tránh chướng ngại vật trong khi thực hiện điều hướng chính xác và lập kế hoạch đường đi.
• An ninh và giám sát: Camera cảm biến độ sâu được sử dụng trong lĩnh vực an ninh cho nhận diện khuôn mặt, theo dõi đám đông và phát hiện xâm nhập, cải thiện sự an toàn và tốc độ phản ứng.
• Thực tế tăng cường (AR): Công nghệ cảm biến độ sâu được sử dụng trong các ứng dụng thực tế tăng cường để phủ chính xác hình ảnh ảo lên thế giới thực, mang đến cho người dùng trải nghiệm nhập vai.

Sinoseen cung cấp cho bạn camera cảm biến độ sâu phù hợp

Là nhà sản xuất mô-đun camera trưởng thành, Sinoseen có kinh nghiệm rộng rãi trong việc thiết kế, phát triển và sản xuất mô-đun camera OEM chúng tôi cung cấp các mô-đun camera ToF độ sâu hiệu suất cao và khiến chúng tương thích với các giao diện như USB, GMSL, MIPI, v.v. Đồng thời, nó hỗ trợ các chức năng xử lý hình ảnh tiên tiến bao gồm cửa trập toàn cầu và chụp ảnh hồng ngoại.

Nếu ứng dụng tầm nhìn nhúng của bạn cần sự hỗ trợ cho các mô-đun camera cảm biến độ sâu ToF, xin vui lòng liên hệ với chúng tôi. Tôi tin rằng đội ngũ của chúng tôi sẽ cung cấp cho bạn một giải pháp hài lòng. Bạn cũng có thể thăm quan danh sách sản phẩm mô-đun camera của chúng tôi để xem có mô-đun camera nào đáp ứng nhu cầu của bạn không.