Avui en dia, ja sigui un reconeixement facial, robots intel·ligents o una conducció autònoma, es basen en la percepció en profunditat de l’entorn circumdant . a aquest efecte, han aparegut una sèrie de tecnologies avançades de percepció de profunditat 3D Càmera de profunditat 3D: quina càmera 3D satisfà les meves necessitats? TOF o altres càmeres de profunditat 3D?
Així, en aquest article, entendrem profundament les característiques i les diferències entre TOF i altres càmeres de profunditat 3D, i per què TOF és més popular que altres càmeres de profunditat 3D .
Què és el mapeig de profunditat 3D?
Què és la percepció de la profunditat 3D? El mapeig de profunditat 3D, també anomenat Sensació de profunditat o mapatge 3D, crea una imatge d’un espai tridimensional o objecte objectiu mesurant la distància entre el sensor i cada punt de l’entorn circumdant . implica projectar llum a l’objecte de l’obturador i capturar la llum reflectida amb una càmera o un sensor .
A continuació, analitzant el temps o el patró de les reflexions, la distància entre la càmera i les diferents parts de l'escena es calcula per crear un mapa de profunditat . El mapa de profunditat és essencialment una representació digital de la distància que té cada part de l'escena des de la perspectiva del sensor .
És precisament a causa d'aquesta característica de càmeres de profunditat 3D que ha tingut un paper inconmensurable en diverses indústries . Així que, abans de comparar TOF i altres tecnologies de map 3D, fem una ullada a les seves característiques una per una .
Què és el moment de la imatge de vol?
En articles anteriors, hem après que el temps de vol és simplement el temps que es necessita per a la llum per arribar a un objecte, reflexionar i tornar al sensor . a través d'aquesta mesura, una càmera TOF pot determinar la distància de diversos objectes de l'escena de si mateix . Els components principals d'una càmera TOF inclouen el sensor TOF i el mòdul del sensor, que capta la llum reflectida i conversa la llum i es converteix en dades en en les dades que la càmera es poden fer a la càmera que es pot reflectir la càmera que es pot reflectir la càmera que es pot reflectir la càmera que es pot reflectir la càmera en en en en en en en en en en en els components procés .
Normalment utilitzen fonts de llum com ara VCSELS o LED que emeten llum a l’espectre d’infraroig proper (NIR) . A més, el sensor de profunditat processa aquestes dades en brut, filtrant el soroll i altres inexactituds per proporcionar informació de profunditat clara .
Com funciona una càmera TOF?
El principi de funcionament d’una càmera TOF és com un "chinder de rang eco de llum" . emet un pols de llum conegut (generalment infraroja), i després mesura amb precisió el temps que triga a reflectir el pols de llum escena .
Els seus avantatges són un fort rendiment en temps real i la capacitat d’obtenir mapes de profunditat; mida compacta i consum d'energia relativament baix; Baixa dependència de la textura superficial de l'objecte objectiu i pot funcionar fins i tot en superfícies dèbilment texturades .
Per obtenir més informació sobre les càmeres TOF, llegiu:Sensor TOF: principi de funcionament i anàlisi de components bàsics.
Què és la tecnologia de visió estèreo? Com funcionen les càmeres de visió estèreo?
La visió estèreo imita la forma en què funciona l’ull humà i la disparitat estèreo es refereix a la diferència en la posició de la imatge d’un objecte vist pels ulls esquerre i dret A les dues imatges, és a dir, la diferència en la posició relativa de l'objecte en les dues imatges, combinada amb els paràmetres geomètrics de la càmera (com la distància de base) . es necessiten dos conceptes per això:
- Línia de base:Aquesta és la distància entre les dues càmeres (aproximadament 50-75 mm - distància de la pupil·la) .
- Resolució:Proporcional a la profunditat . Els més píxels cercats, més gran és el nombre de nivells de disparitat (però la càrrega computacional també és més alta) .
La longitud focal és proporcional a la profunditat de camp . La més curta és la longitud focal, com més lluny es pot veure, però el camp de vista també es reduirà . La longitud focal més gran, més propera a la profunditat de camp i més gran és el camp de la vista {{2} càmeres estèrees de visió basades en aquesta tecnologia .}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}
Els avantatges d’aquesta tecnologia són que és de cost relativament baix, sobretot quan no es requereix cap font de llum activa; Pot capturar imatges en color i informació de profunditat .
Què és la imatge de llum estructurada? Com funciona una càmera de llum estructurada?
La tecnologia de llum estructurada projectes coneguts patrons de llum coneguts, com ara punts, ratlles o patrons codificats, en una escena, i després utilitza una càmera per capturar la distorsió d’aquests patrons a la superfície d’un objecte a causa dels canvis de profunditat . analitzant aquestes distorsions i utilitzant el principi de triangulació, el sistema pot calcular amb precisió la informació i la informació tridimensionals de l’objecte {{{}
Les càmeres de llum estructurades també es basen en aquesta tecnologia, utilitzant patrons projectats especialment dissenyats per millorar la capacitat de la càmera d’identificar i mesurar els canvis a la superfície que il·lumina . processant canvis en la distorsió del patró per calcular la distància de la càmera a cada punt de la superfície de l’objecte, es crea un mapa 3D de l’objecte .
Això pot proporcionar una precisió de profunditat molt elevada a un rang proper (normalment dins d’un metre), especialment adequat per a aplicacions amb detalls rics, com ara escaneig 3D, reconeixement de gestos, etc .
Què és LiDar?
LiDAR funciona de manera similar al TOF, i també determina la distància emetent feixos làser i mesurant el temps de vol ., però a diferència de les càmeres TOF, que solen capturar la profunditat d’una àrea, els sistemes LIDAR solen emetre bigues làser discretes i escanejar-les per construir un mapa de núvols de punt d’alta resolució d’alta resolució {{2} parts giratòries) i estat sòlid .
Els avantatges d’això són les llargues distàncies de detecció, fins a centenars de metres; Precisió extremadament alta, especialment adequada per a la percepció ambiental a gran escala i el mapeig d’alta precisió; i un excel·lent rendiment en una llum exterior forta .
La diferència entre les càmeres TOF i altres càmeres de profunditat 3D
Cada càmera de tecnologia d’imatge 3D té els seus propis avantatges i desavantatges . A continuació Utilitzem un gràfic per comparar la diferència entre les càmeres TOF i altres càmeres de visió estèreo 3D .
| Dimensió de la característica | Càmera TOF (temps de vol) | Llum estructurada | Visió estèreo | Lidar |
| Principi de treball | Mesura el temps d'anada i tornada dels polsos de llum | Els projectes coneguts, analitza la distorsió per calcular la profunditat | Configuració de doble o múltiple, calcula la profunditat per disparitat | Escaneja i emet bigues làser, mesura el temps de vol |
| Precisió | Nivell de mil·límetre a centímetre | Micròmetre al nivell de mil·límetre (excel·lent a prop) | Nivell de centímetre (molt afectat per la textura, la distància) | Nivell de mil·límetre a centímetre (alta precisió a llargues distàncies) |
| Distància/rang de detecció | Gamma de mitjana a curt (diversos metres fins a desenes de metres) | Interval curt (normalment en 1 metre) | Gamma de mitjana a curt (afectada per la línia de base) | Gamma llarga (desenes a centenars de metres) |
| Adaptabilitat de la llum ambiental | Il·luminació activa, alguna anti-interferència; El rendiment es degrada en una llum directa forta | Il·luminació activa, patrons fàcilment "rentats" per la forta llum del sol | Passiu, es basa molt en la llum i la textura ambientals; Pactes rendiment a poca llum | Il·luminació activa, forta resistència a la llum ambiental |
| Actuació a l'aire lliure | El repte és la interferència d’infrarojos de la llum del sol; Requereix processament addicional | Propens a la interferència del sol | Es basa en la llum natural; La manca de textura és un problema | Normalment fa el millor aire lliure |
| Complexitat computacional | Produeix directament la profunditat, relativament baixa | Requereix una anàlisi de deformació del patró, complexitat mitjana | Requereix una concordança complexa de funcions, alta complexitat | Volum de dades gran, però el processament del núvol de punts és relativament directe |
| Mida i complexitat | Normalment més compactes, sense parts mecàniques | Inclou projector i càmera, mida moderada | Dues càmeres, mida moderada | Normalment més gran, algunes amb peces rotatives mecàniques |
| Costar | Relativament rendible | Mitjà | El més baix (si utilitzeu càmeres existents) | Normalment el més alt |
| Aplicacions típiques | Sensació mòbil AR/profunditat, evitació d'obstacles del robot, reconeixement del gest, monitorització al cotxe | Desbloqueig de reconeixement facial, mesura de precisió, inspecció industrial | Navegació per robot, evitació d’obstacles de drone, AR/VR (en escenes amb textures) | Conducció autònoma, mapeig d’alta precisió, ciutats intel·ligents |
Per què les càmeres Time of Flight (TOF) són una millor opció per al mapeig 3D?
La taula de dalt ens proporciona una comprensió preliminar de les diferències entre les càmeres TOF i altres càmeres de profunditat 3D . Així, per què les càmeres TOF són una opció millor per a la mesura 3D? Hem resumit els següents factors:
- Precisió més elevada de la imatge:A causa de la confiança en la il·luminació de la font de llum precisa, les càmeres TOF proporcionen una millor sortida de qualitat de la imatge .
- Complexitat de programari reduït:Les càmeres TOF proporcionen dades de profunditat directament del mòdul, evitant situacions complexes com ara executar algoritmes de concordança de profunditat a la plataforma host .
- Escalabilitat de més profunditat:Les càmeres TOF tenen un rang de profunditat escalable amb el nombre de VCSELS utilitzats per a la il·luminació .
- Millor rendiment de poca llum:Les càmeres TOF funcionen millor en condicions de poca llum a causa de fonts de llum actives i fiables .
- Mida compacta:Com que el sensor i la il·luminació es poden col·locar junts, les càmeres TOF tenen un factor de forma més compacte .
Àrees d’aplicació comunes de càmeres de temps de vol
- AR mòbil (realitat augmentada)/efecte de profunditat fotogràfica:Els telèfons mòbils han de ser prims, lleugers, de baixa potència i capaços de captar informació de profunditat en temps real . Les càmeres TOF són ideals per la seva mida petita, el bon rendiment en temps real i la baixa dependència de textura .
- Reconeixement de gestos/posicionament espacial als auriculars VR/AR:També es requereix el seguiment de gestos en temps real i la percepció de l’entorn interior . TOF poden proporcionar dades de profunditat de baixa latència, molt adequades per a aquestes aplicacions interactives .
- Monitorització del conductor/reconeixement de gestos:Normalment s'utilitza al cotxe per a distàncies curtes, amb els requisits per al rendiment en temps real, la mida i el cost . Les càmeres TOF són una solució molt adequada .
- Reconeixement/ordenació d'objectes:Identifiqueu la forma, la mida i la posició dels objectes de manera que els robots puguin agafar-los i classificar-los . TOF poden proporcionar ràpidament informació de contorn tridimensional dels objectes .
Per obtenir més informació sobre el paper dels mòduls de la càmera en aplicacions específiques, llegiu:
Què és un mòdul de càmera autofocus? Com funciona?
Què és un mòdul de càmera de poca llum? entendre en profunditat
Per obtenir més informació sobre els sistemes de visió de màquines, llegiu:
Visió incrustada vs . Visió de la màquina: Comprensió de les diferències clau
Com triar la tecnologia de detecció de profunditat 3D adequada per al vostre projecte?
Davant una varietat de tecnologies de detecció de profunditat 3D, hauríem d’entendre com triar el que s’adapti al nostre projecte necessita . Aquí hi ha algunes consideracions clau:
- Requisits d'aplicació nets:Aquest és el primer pas més crític .
- Requisits de precisió:La vostra aplicació requereix a nivell de mil·límetre, nivell de centímetre o menor precisió?
- Distància de detecció:Necessiteu intuir la distància propera (desenes de centímetres), la distància mitjana (diversos metres) o la distància llarga (desenes de metres o més)?
- Condicions ambientals:El vostre sistema funcionarà a l’interior, a l’aire lliure, a la llum forta, a la llum baixa o a la foscor completa?
- Requisits en temps real:Quina velocitat s’han d’actualitzar les dades?
- Característiques de l'objecte objectiu:L’objectiu és transparent, reflectant, ricament texturat o suau i sense textura?
- Sortida de dades:Necessiteu un mapa de profunditat, un núvol de punts o un altre format?
- Considereu les restriccions de pressupost i mida:El cost i la mida física solen ser factors que no es poden ignorar en els projectes reals . Algunes solucions d’alta precisió i de llarga distància poden ser costoses i voluminoses .
- Avaluar la complexitat del processament de dades i la dificultat de desenvolupament:Algunes tecnologies poden generar quantitats massives de dades, que requereixen recursos informàtics més potents i algoritmes més complexos per processar .
- Prova i verificació:La prova i la verificació de prototips en els escenaris d’aplicació reals el màxim possible és la millor manera d’avaluar el rendiment de la tecnologia i la viabilitat .
Quan escolliu un mòdul de càmera, el tipus d’interfície, el proveïdor, els requisits de personalització, etc. . també són importants . Si us plau, llegiu:
El factor per triar la interfície correcta per a un sistema de visió incrustat?
Com triar el mòdul de càmera ideal per al vostre sistema de visió: una guia pas a pas
Mòduls de càmera estàndard vs . Mòduls de càmera personalitzats: com triar el ajust adequat
Els avantatges d’escollir mòduls de càmeres personalitzades per al desenvolupament de productes
Conclusió
En el camp de la percepció de la profunditat 3D, cap tecnologia única és una càmeres TOF Panacea ., la llum estructurada, la visió estèreo i el LIDAR tenen cadascun avantatges tècnics únics i escenaris aplicables . que brilla en aplicacions de curt i mitjà amb el seu temps real i compactes; La llum estructurada no es troba en una precisió propera; La visió estèreo proporciona solucions flexibles amb la seva rendibilitat i característiques passives; i LiDAR domina en entorns exteriors complexos amb la seva distància de llarga i alta precisió . En última instància hem de fer opcions en funció de les necessitats reals del projecte .
Per descomptat, si teniu problemes per trobar una càmera d’imatge 3D adequada,Poseu -vos en contacte amb nosaltres .MuchVision té més de deu anys d’experiència en el camp de la visió incrustada i ha fabricat molts mòduls de càmeres d’alt rendiment, inclosos mòduls per a càmeres de mesura 3D . Crec que amb el nostre equip professional d’enginyers, podemCerqueu la solució adequada per a vosaltres.
Cap
P1: Tof i LiDAR són el mateix?
A1:No és exactament . TOF (temps de vol) és un principi de mesura de distància, i LIDAR (radar làser) és un sistema que aplica el principi TOF . Tots els lidars utilitzen el principi TOF per mesurar la distància, però els sensors TOF i les càmeres TOF solen referir-se a solucions més compactes i de baix cost, sovint utilitzades en escenaris de distància més curta Es refereix a sistemes que emeten i escanegen bigues làser i creen núvols de punts d’alta densitat per aconseguir mesures d’alta precisió a llargues distàncies (com per a la conducció autònoma) . Podeu entendre que LiDAR és una aplicació de gamma alta del principi TOF en sistemes més complexos i més grans .
P2: Quin sensor de profunditat 3D és el més precís?
A2:Depèn de la distància . a distàncies molt properes (desenes de centímetres a 1 metre) Distàncies llargues (desenes a centenars de metres), LiDAR pot mantenir una excel·lent precisió de mil·límetre a centímetre i obtenir núvols de punts d’alta densitat . La precisió de la visió estèreo està limitada per la distància basal i la textura de la imatge, normalment a nivell de centímetre .
P3: Quin és millor per a ús exterior, llum estructurada o TOF?
A3:En general, les càmeres TOF funcionen millor que la llum estructurada en una llum forta a l’aire lliure {{0. La tecnologia de llum estructurada es basa en patrons projectats, que es poden “rentar” fàcilment o submergir Optimització de l'algoritme . LiDAR funciona millor a l'aire lliure perquè sol utilitzar làsers de potència superior i tecnologia de filtratge més avançada .
