Hvað eru dýptarmælismyndavélar? Hvers konar dýptarmælismyndavélar eru til?

Hefðbundnar 2D-myndavélar sjá aðeins flatan, tveggja víddanna heim. Þær geta skynjað lögun og lit hluta, en ekki skilja staðsetningu, stærð eða fjarlægð þeirra í rúmi. Þetta takmarkar hæfni margra háþróuðra vélrænnar róbotíku- og sjálfvirkniskaupplýsingaforrita. Uppkomst dýptarskynjandi myndavéla hefur breytt því. Þær gefa vélmunum nýja "þrívíddar" skynjunaraðferð, sem gerir kerfum kleift að skilja rúm á sama hátt og menn, og opnar þannig mikla möguleika fyrir innbyggða sjón- og 3D-skynjunalausnir.

Sem ráðgjafi sem sérhæfir sig í myndavéluhlutum mun þessi grein veita djúpan greiningu á dýptarskynjandi myndavélu tækni, helstu tegundir hennar og notkun hennar í róbotíku, vagnagerð og AR/VR. Við munum kynna eiginleika hverrar tækni til að hjálpa verkfræðingum að skilja hvernig dýptarskynjandi myndavélar virka og gera bestu mögulegu val fyrir verkefnin sín.

Hvað er dýptamælandi myndavél og af hverju þurfum við hana?

Dýptamælandi myndavél, sem oft er einnig kölluð 3D-myndavél, er myndavél sem getur skráð dýptupplýsingar fyrir hvert pixl í mynd. Hún framleiðir ekki aðeins hefðbundna RGB-mynd en líka dýptukort eða punktasafnsgögn. Hver pixlgildi í dýptukorti táknar fjarlægðina á milli þess punkts og myndavélarinnar.

3D-myndavélar eru nauðsynlegar vegna þess að tveggja víddanna myndir geta ekki leyst grunnvandamál í sjón: rúmlega tvítydni. Myndavél með tveimur víddum getur ekki greint á milli litillar hlutur nærri og stórs hlutar langt frá. Þar að auki geta breytingar á ljósi, skuggar og skjulun orðið ástæða fyrir mistökum í tveggja víddanna sjónarkerfi. Til dæmis gæti hlutur í skugga verið misþorður sem annar hlutur eða einfaldlega ekki fundinn.

Dýptarmyndavélir leysa þetta vandamál fullkomlega með því að veita nákvæmar fjarlægðarupplýsingar. Þær veita vélmunum rúmfræðilegar upplýsingar sem eru óáhrifarlegar fyrir ljósi, lit og mynstur. Þessi 3D-skapaða uppfatningsgeta gerir vélmunum kleift að skilja og hafa samskipti við raunheiminn og leggur grunninn fyrir framleiðslu innbyggðra sjónlausna 3D-uppfatningslausna.

Af öllum dýptarskynjunartækni sem eru í boði í dag eru þrjár helstu og algengustu:
1. Strúktúrt líkur
2. Ferðartími
2.1 Beinn ferðartími (dToF)
2.1.1 LiDAR
2.2 óbeinn ferðartími (iToF)
3. Tvöfald sjón

Næst skulum við skoða nánar hvernig hver einasta þessara dýptarskynjunartækna virkar.

Þrjár algengustu tæknir fyrir dýptarmyndavélar

Til að skilja hvernig dýptarskynjunarmyndavélar virka er mikilvægt að skilja grunn tegundirnar af dýptarmyndavélatækni sem liggja bakvið þær. Í dag eru þrjár helstu og algengustu dýptarmyndavélatæknir.

1. Myndavél með skipulagðri ljósi

Myndavél með skipulagðri ljósi er virk myndaveltækni. Hún notar háþrótta infrarauða varpsvél til að varpa þekktu ljósmynstur, svo sem ákveðnu mynstur sem samanstendur af þúsundum punkta, á myndsvæði. Síðan notar hún eina eða fleiri myndavélar til að taka upp breytingar á þessu mynstur á yfirborði hlutar. Með því að reikna út þessar breytingar getur myndavélin ályktað um þrívíddarlögun hlutarins og fjarlægðina til hans.

Þessi tækni veitir mjög nákvæmar og hálgðar dýptargögn, sérstaklega í stuttum fjarlægðum. Undirmillimetra mælingargetnun hennar er framúrskarandi í forritum sem krefjast nákvæmra mælinga á smáatriðum hlutar. Þó má ljósið sem varpað er verða áhrifaríkara af umhverfisljósi (sérstaklega sterku sóluljósi), sem getur áhrifað nákvæmni mælinganna. Auk þess geta mynsturvarp margra myndavéla með skipulagðri ljósi í sama rúmi skipt áhrifum á hvort annað.

2. Myndavél sem mælir tíma ferðar

Tími-til-flugi (Time-of-Flight) myndtæki, sem byggja á staðalinum um fasta ljóshraðann, senda út infrarauðt ljós og mæla tímann sem þarf fyrir ljósgeislan að birtast aftur til myndtæknisensorsins. Á grundvelli þessa tímamunars er hægt að reikna nákvæmlega fjarlægðina milli hlutarins og myndtæknisins. Þessi ferli er venjulega framkvæmt í samskiptum á hverjum pixli, sem gerir hægt að taka dýptarmyndir með háum myndhraða.

Eftir því hvaða aðferð er notuð til að ákvarða fjarlægð er tími-til-flugi (ToF) skipt í tvo tegundir: beinn tími-til-flugi (DToF) og óbeinn tími-til-flugi (iToF).

2.1. Beinn tími-til-flugi (dToF)

dToF mælir beint tíma þegar ljósgeisla fer frá útsendingu til endurkomu. Það notar sérstakan sensor til að nákvæmlega greina komutíma einstakra ljósþátta. Þessi beina mælingaraðferð gerir mögulegar lengri mælingafjarlægðir og hærra nákvæmni.

2.1.1. LiDAR

LiDAR (ljásradar) er tegund af dToF-tækni. Það notar venjulega ljásrásarskánari til að senda út ljásbunna ljósbursta punkt fyrir punkt í myndinni og taka við endurskini til að búa til háþrýst punktaþéttleika. Langi greinarmátsvið LiDAR og sterkt móttölu á umhverfisljósi gerir það í hæfilegasta fyrir sjálfstæða ökun og háþrýst kortlagningu fyrir vélar.

2.2. Indirekt tímaferð (iToF)

iToF mælir ekki tímann beint. Í staðinn sendur það ósamfellda, stilltu ljósbylgju og mælir fasa mismun á milli endurskins og sendu ljóssins. Þessi fasa mismunur er í hlutfalli við tímaferð ljóssins. iToF-kerfi eru almennt minni, nota minna afl og ná hærri myndhraða. Þau eru viðeigandi fyrir stuttan greinarmátsvið innanhús, svo sem gestaþekkingu og andlitsauðkenningu.

3. Steríómyndavél

Steróósýnisskáta endurtekur mannsins tvíauga sjón. Hún notar tvær skátor, sem eru settar á fastan millibili, til að taka mynd af sama sýnifrumi samtímis. Með því að nota flókna reiknirit finnur kerfið samsvarandi punkta í báðum myndunum og reiknar út staðsetningu hvers punkts í þrívíddar rúmi með því að nota þríhyrningsafræðilegar reglur, og býr þannig til mismunskort.

Þessi óvirka tækni krefst enginna viðbótarljósa og er því viðeigandi fyrir notkun úti og í umhverfi með nógu miklu náttúrulegu ljósi. Hún veitir dýpðarmyndir með háu upplausn sem eru ekki áhrifar af efni hlutar. Steróósýn er hins vegar tölvufyllt og krefst sterkra örgjörva til að framkvæma myndsamsvörun. Hún hefur einnig erfitt með ómyndlegum svæðum (t.d. hvítum veggjum eða flatum yfirborðum með einum lit) því reikniritið getur ekki fundið samsvarandi punkta.

Hverjar eru helstu notkunarsvið dýpðarskáta?

3D-myndavinnslutækni hefur farið frá rannsóknarstofu í viðskiptanotkun og fjölbreytta hennar eiginleika eru að breyta ýmsum atvinnugreinum.

1. Róbotík og sjálfvirkni

Dýptarmyndavélar fyrir róbotík þjóna sem „rúmlega upplifunarskynshólf“ róbota. Í sjálfvirkum framleiðslulínunum verða róbotar að nákvæmlega skilja og taka við hlutum sem eru staðsettir á handahófssniði. 3D-myndavélar geta búið til mjög nákvæmar punktasafnsupplýsingar sem hjálpa róbotum að skilja þrívíða stöðu og staðsetningu hluta, sem gerir nákvæma töku, flokkun og sameiningu mögulega og bætir þannig framleiðslueffektífnissi og flóxleika verulega.

2. Aukin raunveruleiki (AR) og tölvuhringur (VR)

AR/VR-tæki krefjast rauntíma umhverfisvitunnar til að sameina virkilega hluti í raunheiminum án þess að skipta um áhrif. Dýptarmyndavélar geta framkvæmt þrívíddar skoðun á herbergi notanda og búið til nákvæma dýptarmynd. Þetta gerir kleift að setja virkilega hluti nákvæmlega á borð yfirborð eða fela þá bakvið raunhluti, sem miklu styrkir upplifun notanda af innihaldsfullri og viðbragðsfullri reynslu.

3. Vöruflutningur og vistun stjórnun

Sjálfvirk vistun, mæling á pakkaþéttmáli og pallaður eru grundvallarkröfur í flutninga- og logístíkumarkaðinum. 3D-myndavörur geta fljótt mælt þéttmál og þyngd pakka til að hámarka hlaðningu á bílum. Í sjálfvirkum vistunarmiðlum geta þær stýrt vélmum til að ná nákvæmlega í hluti á skáfum og framkvæma fyrirhanda-talningar, sem gerir hagkvæma vistunarstjórnun mögulega.

4. Heilbrigðisþjónusta og líkamsfræðileg mæling

Í heilbrigðisviðinu geta 3D-myndavélar verið notaðar til snertifraeðilegrar líkamsmælingar, greiningar á halningi og skipulagningar á vinnslu. Með 3D-skönnun geta dýptumyndavélar búið til mannlega líkön fyrir sérsniðna framleiðslu á gervilimum og styrkilyfjum. Í biómetrí geta þær skilgreint einstaka andlitsform til að veita öryggilegra auðkenningu og koma í veg fyrir svik með myndum eða myndböndum.

Yfirlit

Myndavélar sem mæla dýpt tákna mikilvæga tæknilínu í sviði innbyggðar sjónar. Hvort sem um er að ræða myndmyndun með uppbygðum ljósi, tíma-flugs- eða tvöfaldan sjónhátt, býður hver tækni einstök lausnir fyrir 3D-sjón. Að skilja grunnreglur og eiginleika þessara gerða dýptumyndavéla og velja þær nákvæmlega út frá notkunarsviði (t.d. dýptumyndavélar fyrir róbótsteknik) er nauðsynlegt fyrir alla verkfræðinga á sviði vélmennissjónar. Dýptumyndavélar gefa vélmunum möguleika á að uppfatta þrívíða heiminn og eru að leiða til djúpsýnilegrar umbreytingar frá sjálfvirku stjórnun til skynsemi.

Muchvision hjálpar þér að velja dýptarská (depth camera)

Ertu að leita að réttri dýptarská fyrir verkefnið þitt? Hafðu samband við sérfræðinga okkar í dag fyrir faglega ráðgjöf um innbyggða sjón og 3D uppfættislausnir, sem hjálpa þér að byggja bestu vélsjónarkerfið fyrir notkunina þína.