Шта су камере за дубину? Колико типова камера за дубочину

Традиционалне 2Д фотоапарате виде само раван, дводимензионалан свет. Они могу да препознају облик и боју објеката, али не могу да разумеју њихово положај, величину или удаљеност у простору. То ограничава могућности многих напредних апликација за роботику и аутоматизацију. Појава камера за дубинско сензирање променила је ово. Они дају машинама нову "тридимензионалну" способност перцепције, омогућавајући системима да разумеју простор сличан људима, отварајући огроман простор за примену за уграђено виђење и 3Д решења перцепције.

Као консултант специјализован за модуле камера, овај чланак ће пружити детаљну анализу технологије камера за дубинско сензирање, њене главне врсте и примене у роботици, логистици и АР / ВР. Истражићемо карактеристике сваке технологије како бисмо инжењерима помогли да разумеју како камере за дубинско сензирање раде и да доносе најинформиранији избор за своје пројекте.

Шта је камера за дубину и зашто нам је потребна?

Камера за дубину, често се назива и 3Д камера, је камера која може да ухвати информације о дубини за сваки пиксел у сцени. Изводи не само традиционалну РГБ слику већ и мапу дубине или податке о точковом облаку. Свака вредност пиксела у мапи дубине представља удаљеност између те тачке и камере.

3Д камере су потребне јер 2Д слике не могу да реше основни проблем у визији: просторно двосмисленост. Дводимензионална камера не може да разликује мали објекат у близини и велики објекат далеко. Осим тога, разлике у осветљености, сенке и окулуције могу изазвати неуспех система 2Д вида. На пример, објекат у сенци може се погрешно схватити за други објекат или једноставно не може бити откривен.

Камере за дубину савршено решавају овај проблем пружајући прецизне информације о удаљености. Они пружају машинама геометријске информације на које светлост, боја и текстура не утичу. Ова способност 3Д перцепције заснована на облику омогућава машинама да разумеју и комуницирају са стварним светом, постављајући темеље за реализацију решења за 3Д перцепцију уграђеног вида.

Од свих технологија за дубоко сензорство које су данас доступне, три најпопуларније и најчешће коришћене су:
1. Strukturirano svetlo
2. Уколико је потребно. Време лета
2.1 Директно време лета (дТоФ)
2.1.1 ЛиДАР
2.2 Непосредно време лета (iToF)
3. Уколико је потребно. Стерео вид

Да погледамо како свака од ових технологија за дубинско сензирање ради.

Три водеће технологије за камере дубине

Да би се разумело како камере за дубину детекције раде, важно је да се дубоко разумеју основне врсте технологије камере за дубину иза њих. Тренутно постоје три главне технологије камера дубине.

1. у вези са Камера са структурисаном светлошћу

Камера са структурираном светлошћу је технологија за активно снимање. Он користи инфрацрвени пројектор велике снаге да би на сцену пројектовао познати образац светлости, као што је специфичан образац који се састоји од хиљада тачака. Затим користи једну или више камера да би ухватио искривљење овог обрасца на површини објекта. Прерачуном овог искривљења, камера може да закључи 3D облик и удаљеност објекта.

Ова технологија пружа веома прецизне и високоразрешиве подаке о дубини, посебно на блиским растојањима. Његова способност за субмилиметрово мерење одликује се у апликацијама које захтевају прецизно мерење детаља објекта. Међутим, пројектовано светло може бити утицано окружном светлошћу (посебно јаком сунчевом светлошћу), што утиче на тачност мерења. Осим тога, када се у истом простору користе више структураних светлостних камера, њихови пројекциони обрасци могу померати једни друге.

2. Уколико је потребно. Камера за време лета

Камере за време лета, засноване на принципу константне брзине светлости, емитују инфрацрвену светлост и мере време које је потребно да се светлост одража на сензор камере. На основу ове временске разлике, удаљеност између објекта и фотоапарата може се прецизно израчунати. Овај процес се обично врши паралелно на сваком пикселу, омогућавајући снимање дубине са високом брзином кадра.

У зависности од методе која се користи за одређивање удаљености, ToF се категоризује у две врсте: директно време лета (DToF) и индиректно време лета (iToF).

2.1.Премећено време лета (dToF)

dToF директно мере време летења светлинског импулса од емисије до повратка. Користи специјални сензор да прецизно открије време доласка појединачних фотона. Овај метод директног мерења омогућава дуже растојање мерења и већу тачност.

2.1.1.ЛиДАР

ЛиДАР (ласерски радар) је врста технологије dToF. Обично користи ласерски скенир да емитује ласерску светлост тачку по тачку у сцени и прима рефлектовану светлост како би генерисао високопрецизан тачкови облак. ЛиДАР-ов дуг опсег откривања и јака отпорност на окружно светло чине га идеалним за аутономну вожњу и високопрецизно мапирање за роботе.

2.2.Непосредно време лета (iToF)

iToF не мере време директно. Уместо тога, он преноси континуиран модулисани талас светлости и мере разлику фаза између одражане и емитоване светлости. Ова разлика фаза пропорционална је времену лета светлости. Они су погодни за апликације у затвореном простору са кратким дометом, као што су препознавање геста и аутентификација лица.

3. Уколико је потребно. Стерео камера

Стерео камера имитира људско бинокуларно видјење. Користи две камере, постављене на фиксном растојању од почетне линије, да би истовремено ухватиле исту сцену. Користећи сложене алгоритме, систем проналази одговарајуће тачке у две слике и, користећи принципе триангулације, израчунава положај сваке тачке у тродимензионалном простору, стварајући мапу дисперзитета.

Ова пасивна технологија не захтева додатни извор светлости, што је чини погодном за употребу на отвореном и срединама са обиљним природним светлом. Она пружа мапе дубине високе резолуције које нису погођене материјалом објекта. Међутим, стерео вид је рачунарски интензиван и захтева снажан процесор за обављање одговарајућих слика. Такође се бори у подручјима без текстуре (као што су бели зидови или површине цвете) јер алгоритам не може пронаћи одговарајуће тачке.

Који су основни сценарија примене камера дубине?

3Д камера се прешла из лабораторије у комерцијалну употребу, а њене различите могућности револуционишу различите индустрије.

1. у вези са Роботика и аутоматизација

Камере дубине за роботику служе као "органи просторног перцепције" робота. У аутоматизованим производним линијама, роботи морају прецизно идентификовати и схватити произвољно постављене делове. 3Д камере могу генерисати прецизне податке о точковим облацима, помажући роботима да разумеју тродимензионални положај и положај објеката, омогућавајући прецизно хватање, сортирање и монтажу, знатно побољшавајући ефикасност и флексибилност производње.

2. Уколико је потребно. Доширена стварност (АР) и виртуелна стварност (ВР)

АР/ВР уређаји захтевају свест о окружењу у реалном времену како би се виртуелни објекти интегрисали у стварни свет. Камере за дубину могу да изврше тродимензионално скенирање корисничке собе и да генеришу тачну мапу дубине. Ово омогућава да се виртуелни објекти прецизно стављају на сто или сакривају иза стварних објеката, што значајно побољшава корисничко иммерзивно и интерактивно искуство.

3. Уколико је потребно. Логистика и управљање складиштима

Автоматизовано складиштење, мерење количине пакета и палетирање су основни захтеви у логистичкој индустрији. 3Д камере могу брзо измерити запремину и тежину пакета како би се оптимизовало учитавање камиона. У аутоматизованим складиштима, они могу да воде роботе да прецизно бирају и стављају производе са полица и обављају бројење инвентара, омогућавајући ефикасно управљање складиштима.

4. Уколико је потребно. Здравствена заштита и биометрија

У области здравствене заштите, 3Д камере се могу користити за мерење тела без контакта, анализу положаја и планирање операције. Кроз 3Д скенирање, камере за дубину могу генерисати људске моделе за прилагођене протезе и ортозе. У биометрији, могу да идентификују јединствену геометрију лица како би обезбедили сигурније аутентификацију и спречили лаж фотографије или видео снимка.

Резюме

Камере за дубину сензора представљају значајан технолошки напредак у уграђеном пољу вида. Било да је то структурирано светло, време лета или бинокуларно видјење, свака технологија нуди јединствена решења за 3D перцепцију. Разумевање принципа и карактеристика ових типова камера дубине и прецизан избор на основу сценарија примене (као што су камере дубине за роботику) од суштинског значаја за сваког инжењера машинског вида. Камере дубине оснажу машине способношћу да доживљавају тродимензионални свет и покрећу дубоку трансформацију од аутоматизације до интелигенције.

Муцхвисон вам помаже да изаберете камеру дубине

Да ли се бориш да бирају праву дубину камере за свој пројекат? Контактирајте наш тим стручњака данас за професионално консултовање о уграђеном виђењу и 3Д перцепцији, како бисте изградили најбољи систем машинског визије за вашу апликацију.