دوربین های حداکثر عمق چیست؟ چند نوع دوربین حداکثر عمق

دوربین های سنتی 2D فقط دنیای مسطح و دو بعدی را مشاهده می کنند. آنها می توانند شکل و رنگ اشیاء را تشخیص دهند ، اما نمی توانند موقعیت ، اندازه یا فاصله آنها را در فضا درک کنند. این قابلیت های بسیاری از برنامه های پیشرفته روباتیک و اتوماسیون را محدود می کند. ظهور دوربین های حسگر عمق این مسئله را تغییر داده است. آنها به دستگاه ها توانایی درک "سه بعدی" جدید می دهند و سیستم ها را قادر می سازند تا فضای مشابه انسان را درک کنند و فضای کاربردی گسترده ای را برای دید تعبیه شده و راه حل های ادراک سه بعدی باز کنند.

به عنوان یک مشاور متخصص در ماژول های دوربین ، این مقاله تجزیه و تحلیل عمیق از فناوری دوربین سنجش عمق ، انواع اصلی آن و کاربردهای آن در روباتیک ، تدارکات و AR/VR را ارائه می دهد. ما ویژگی های هر فناوری را بررسی خواهیم کرد تا به مهندسان کمک کنیم تا درک کنند که چگونه دوربین های حاملگی عمق کار می کنند و آگاهانه ترین انتخاب را برای پروژه های خود انجام می دهند.

یک دوربین حسگر عمق چیست و چرا ما به آن احتیاج داریم؟

A دوربین سنجش عمق، همچنین اغلب به عنوان دوربین سه بعدی گفته می شود ، دوربینی است که می تواند اطلاعات عمق را برای هر پیکسل در یک صحنه ضبط کند. این نه تنها از یک تصویر سنتی RGB بلکه یک نقشه عمق یا داده های ابر نقطه ای نیز خارج می شود. هر مقدار پیکسل در یک نقشه عمق فاصله بین آن نقطه و دوربین را نشان می دهد.

دوربین های سه بعدی مورد نیاز هستند زیرا تصاویر 2D نمی توانند یک مشکل اصلی در بینایی را برطرف کنند: ابهام فضایی. یک دوربین 2D نمی تواند بین یک جسم کوچک از نزدیک و یک شی بزرگ دور از هم تفکیک کند. علاوه بر این ، تغییرات روشنایی ، سایه ها و انسداد همه می توانند باعث شوند سیستم های بینایی 2D از بین بروند. به عنوان مثال ، یک شیء در سایه ممکن است برای یک شیء دیگر اشتباه شود یا به سادگی شناسایی نشود.

دوربین های عمق با ارائه اطلاعات دقیق از راه دور ، کاملاً به این مشکل می پردازند. آنها اطلاعات هندسی را با استفاده از نورپردازی ، رنگ و بافت به دستگاه ها ارائه می دهند. این قابلیت ادراک مبتنی بر شکل سه بعدی ماشین ها را قادر می سازد تا با دنیای واقعی درک و تعامل داشته باشند و پایه و اساس تحقق راه حل های درک 3D Vision Vision را فراهم می کنند.

از بین تمام فن آوری های سنجش عمق موجود امروزه ، سه محبوب ترین و متداول مورد استفاده عبارتند از:
1. نور ساختاری
2. زمان پرواز
2.1 زمان مستقیم پرواز (DTOF)
2.1.1 لیدر
2.2 زمان غیرمستقیم پرواز (ITOF)
3 چشم استریو

در مرحله بعد ، بیایید نگاهی دقیق تر به نحوه عملکرد هر یک از این فن آوری های سنجش عمق بیندازیم.

سه فناوری اصلی برای دوربین های عمق

برای درک چگونگی عملکرد دوربین های حداکثر عمق ، درک عمیقی از انواع اصلی فناوری دوربین عمق در پشت سر آنها مهم است. در حال حاضر ، سه فناوری اصلی دوربین عمق اصلی وجود دارد.

1. دوربین سبک ساختاری

یک دوربین نور ساخت یافته یک فناوری تصویربرداری فعال است. از یک پروژکتور مادون قرمز با قدرت بالا برای طرح یک الگوی نوری شناخته شده ، مانند الگوی خاص متشکل از هزاران نقطه ، بر روی یک صحنه استفاده می کند. سپس از یک یا چند دوربین برای گرفتن اعوجاج این الگوی بر روی سطح یک شی استفاده می کند. با محاسبه این اعوجاج ، دوربین می تواند شکل و فاصله سه بعدی شی را استنباط کند.

این فناوری داده های عمق بسیار دقیق و با وضوح بالا ، به ویژه در محدوده های نزدیک را ارائه می دهد. قابلیت اندازه گیری زیر آب آن در برنامه هایی که نیاز به اندازه گیری دقیق جزئیات شی را دارند ، برتری دارد. با این حال ، نور پیش بینی شده می تواند تحت تأثیر نور محیط (به ویژه نور خورشید قوی) باشد و بر دقت اندازه گیری تأثیر می گذارد. علاوه بر این ، هنگامی که از دوربین های چند ساختار یافته در همان فضا استفاده می شوند ، الگوهای طرح ریزی آنها ممکن است با یکدیگر تداخل داشته باشد.

2. دوربین زمان پرواز

دوربین های زمان پرواز ، بر اساس اصل سرعت ثابت نور ، نور مادون قرمز را منتشر کرده و مدت زمان لازم برای پالس نور را اندازه گیری می کنند تا به سنسور دوربین بازگردند. بر اساس این اختلاف زمانی ، می توان فاصله بین جسم و دوربین را به طور دقیق محاسبه کرد. این فرآیند به طور معمول در هر پیکسل به طور موازی انجام می شود و امکان ضبط عمق با سرعت بالا را فراهم می کند.

بسته به روشی که برای تعیین فاصله استفاده می شود ، TOF به دو نوع طبقه بندی می شود: زمان مستقیم پرواز (DTOF) و زمان غیرمستقیم زمان پرواز (ITOF).

2.1.Direct Time-of Flight (DTOF)

DTOF مستقیماً زمان پرواز یک پالس سبک از انتشار را برای بازگشت اندازه گیری می کند. از یک سنسور اختصاصی برای تشخیص دقیق زمان ورود فوتونهای فردی استفاده می کند. این روش اندازه گیری مستقیم مسافت های اندازه گیری طولانی تر و دقت بالاتر را امکان پذیر می کند.

2.1.1.Lidar

Lidar (رادار لیزر) نوعی فناوری DTOF است. به طور معمول از یک اسکنر لیزر برای انتشار نقطه نور لیزر به نقطه در یک صحنه استفاده می کند و نور منعکس شده را برای تولید ابر با دقت بالا دریافت می کند. دامنه تشخیص طولانی Lidar و مقاومت شدید در برابر نور محیط ، آن را برای رانندگی خودمختار و نقشه برداری با دقت بالا برای روبات ها ایده آل می کند.

2.2.Indirect Time-of Flight (ITOF)

ITOF به طور مستقیم زمان را اندازه نمی گیرد. در عوض ، یک موج نور مدوله شده مداوم را منتقل می کند و اختلاف فاز بین نور منعکس شده و ساطع شده را اندازه گیری می کند. این اختلاف فاز متناسب با زمان پرواز پرواز است. سیستم های ITOF به طور کلی جمع و جور تر هستند ، انرژی کمتری مصرف می کنند و به نرخ فریم بالاتر می رسند. آنها برای برنامه های داخلی با برد کوتاه مانند تشخیص ژست و احراز هویت صورت مناسب هستند.

3 دوربین بینایی استریو

یک دوربین بینایی استریو از دید دو چشمی انسان تقلید می کند. از دو دوربین ، که در یک فاصله پایه ثابت نصب شده اند ، استفاده می کند تا همزمان همان صحنه را ضبط کند. با استفاده از الگوریتم های پیچیده ، سیستم نقاط مربوطه را در دو تصویر پیدا می کند و با استفاده از اصول مثلث ، موقعیت هر نقطه را در فضای سه بعدی محاسبه می کند و نقشه نابرابری ایجاد می کند.

این فناوری منفعل نیازی به منبع نور اضافی ندارد و آن را برای استفاده در فضای باز و محیط هایی با نور طبیعی کافی مناسب می کند. این نقشه های عمق با وضوح بالا را ارائه می دهد که تحت تأثیر مواد شی قرار نمی گیرند. با این حال ، بینایی استریو از نظر محاسباتی فشرده است و برای انجام تطبیق تصویر به یک پردازنده قدرتمند نیاز دارد. همچنین در مناطق بدون بافت (مانند دیوارهای سفید یا سطوح رنگ جامد) تلاش می کند زیرا الگوریتم نمی تواند نقاط تطبیق پیدا کند.

سناریوهای اصلی کاربردی دوربین های عمق چیست؟

فناوری دوربین سه بعدی از آزمایشگاه به استفاده تجاری منتقل شده است و توانایی های متنوع آن در صنایع مختلف انقلابی است.

1. روباتیک و اتوماسیون

دوربین های عمق برای روباتیک به عنوان "اندام ادراک فضایی" روبات ها عمل می کنند. در خطوط تولید خودکار ، روبات ها باید به طور دقیق قطعات کار به طور تصادفی جمع شده را شناسایی و درک کنند.

2. واقعیت افزوده (AR) و واقعیت مجازی (VR)

دستگاه های AR/VR برای ادغام یکپارچه اشیاء مجازی در دنیای واقعی نیاز به آگاهی از محیط زیست در زمان واقعی دارند. دوربین های عمق می توانند یک اسکن سه بعدی از اتاق کاربر را انجام داده و نقشه عمق دقیقی تولید کنند. این امر به اشیاء مجازی اجازه می دهد تا به طور دقیق روی یک تبلت قرار بگیرند یا در پشت اشیاء واقعی پنهان شوند ، و به طور قابل توجهی تجربه همهجانبه و تعاملی کاربر را تقویت می کنند.

3. مدیریت تدارکات و انبار

انبارداری خودکار ، اندازه گیری حجم بسته و پالت ، نیازهای اصلی در صنعت تدارکات است.دوربین های سه بعدیمی تواند به سرعت حجم و وزن بسته ها را برای بهینه سازی بارگذاری کامیون اندازه گیری کند. در انبارهای خودکار ، آنها می توانند روبات ها را برای انتخاب دقیق و قرار دادن وسایل از قفسه ها و انجام شمارش موجودی راهنمایی کنند و مدیریت انبار کارآمد را انجام دهند.

4. مراقبت های بهداشتی و بیومتریک

در زمینه مراقبت های بهداشتی ، از دوربین های سه بعدی می توان برای اندازه گیری بدن بدون تماس ، تجزیه و تحلیل استقرار و برنامه ریزی جراحی استفاده کرد. از طریق اسکن سه بعدی ، دوربین های عمق می توانند مدل های انسانی را برای پروتزهای سفارشی و ارتوتیک ایجاد کنند. در بیومتریک ، آنها می توانند هندسه بی نظیر صورت را شناسایی کنند تا احراز هویت ایمن تر و جلوگیری از عکس گرفتن از عکس یا ویدیو را ارائه دهند.

خلاصه

دوربین های حداکثر عمق نشان دهنده پیشرفت تکنولوژیکی قابل توجهی در میدان دید تعبیه شده است. چه نور ساختاری ، زمان پرواز و چه بینش دو چشمی ، هر فناوری راه حل های منحصر به فردی را برای ادراک سه بعدی ارائه می دهد. درک اصول و ویژگی های این انواع دوربین عمق و انتخاب دقیق آنها بر اساس سناریوی کاربرد (مانند دوربین های عمق برای رباتیک) برای هر مهندس دید دستگاه ضروری است. دوربین های عمق ماشین آلات را با توانایی درک دنیای سه بعدی توانمند می کنند و در حال تحول عمیق از اتوماسیون به هوش هستند.

Mughvision به شما کمک می کند تا یک دوربین عمق را انتخاب کنید

آیا در تلاش هستید تا دوربین عمق مناسب را برای پروژه خود انتخاب کنید؟امروز با تیم متخصصان ما تماس بگیریدبرای چشم انداز تعبیه شده حرفه ای و مشاوره راه حل درک سه بعدی ، به شما در ساخت بهترین سیستم بینایی دستگاه برای برنامه خود کمک می کند.