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了解:TOF相机优缺点及其应用领域

日期:2019-03-15 09:15:18 来源:互联网 编辑:小狐 阅读人数:419

了解:TOF相机优缺点及其应用领域(图1)

3D TOF 相机特性

利用TOF技术成像的设备被称为TOF相机(或TOF摄像头) TOF相机与普通机器视觉成像过程也有类似之处,都是由光源、光学部件、传感器(TOF芯片)控制电路以及处理电路等几部单元组成。这种技术跟3D激光传感器原理基本类似,只不过3D激光传感器是逐点扫描,而TOF相机则是同时得到整幅图像的深度信息。

与同属于非侵入式三维探测、适用领域非常类似的双目测量相比,TOF相机具有根本不同3D成像机理。双目立体测量通过左右立体像对匹配后,再经过三角测量法来进行立体探测,而TOF相机是通过入、反射光探测来获取的目标距离获取。

TOF技术采用主动光探测方式,与一般光照需求不一样的是,TOF照射单元的目的不是照明,而是利用入射光信号与反射光信号的变化来进行距离测量,所以,TOF的照射单元都是对光进行高频调制之后再进行发射。

与普通相机类似,TOF相机芯片前端需要一个搜集光线的镜头。不过与普通光学镜头不同的是这里需要加一个带通滤光片来保证只有与照明光源波长相同的光才能进入。同时由于光学成像具有透视效果,不同距离的场景为各个不同直径的同心球面,而非平行平面,所以在实际使用时,需要后续处理单元对这个误差进行校正。

因为这种原因,TOF芯片像素比一般图像传感器像素尺寸要大得多,一般100um左右。照射单元和TOF传感器都需要高速信号控制,这样才能达到高的深度测量精度。比如,照射光与TOF传感器之间同步信号发生10ps的偏移,就相当于1.5mm的位移。而当前的CPU 可到3GHz,相应得时钟周期是300ps,则相应得深度分辨率为45mm。运算单元主要是完成数据校正和计算工作,通过计算入射光与反射光相对相移关系,即可求取距离信息。

TOF相机优缺点分析

TOF相机优点:

1、相对二维图像,可通过距离信息获取物体之间更加丰富的位置关系,即区分前景与后景。

2、深度信息依旧可以完成对目标图像的分割、标记、识别、跟踪等传统应用。

3、经过进一步深化处理,可以完成三维建模等应用。

4、能够快速完成对目标的识别与追踪。

5、主要配件成本相对低廉,包括CCD和普通 LED 等,对今后的普及化生产及使用有利。

6、借助 CMOS 的特性,可获取大量数据及信息,对复杂物体的姿态判断极为有效。

7、无需扫描设备辅助工作。

TOF相机缺点:

1、相对于普通数码相机,其造价仍然偏高,影响该产品目前的普及使用率。

3、测量距离较常规测量仪器短,一般不超过 10 米。

4、测量结果受被测物性质的影响。

5、大多数机器的测量结果受外界环境干扰较为明显,尤其是受外界光源干扰。

6、分辨率相对较低。

7、误差及随机误差对结果影响明显,需要进行后期数据处理。

TOF应用领域

TOF技术具有丰富的应用场景,在汽车、工业、人脸识别、物流、安抚监控、健康,游戏、娱乐、特效、3D打印和机器人等诸多领域都有应用。

汽车:TOF传感器可以用于自动驾驶,通过TOF技术对行车环境进行感知,从而获取环境信息以增加安全性,此外TOF还可以用于汽车内的乘客离位检测。

工业领域:TOF传感器可以被用作HMI(人机接口:Human Machine Interface)在高度自动化的工厂中,工人和机器人需要在很近的距离下协同工作,TOF设备可以用于控制各种情形下的安全距离。

人脸识别:TOF相机的亮度图像和深度信息可以通过模型连接起来,迅速精准的完脸匹配和检测。

物流行业:通过 TOF 相机迅速获得包裹的抛重(即体积)来优化装箱和进行运费评估。

安防和监控:利用景深进行人数统计( Peoplecounting)俗称“数人头”确定进入某区域的人数;通过对人流或复杂交通的人数统计,实现对安防的统计分析设计;以及敏感地区的检测对象监视。

机器视觉:工业定位、工业引导和体积预估;替代工位上占用大量空间的、基于红外光进行安全生产控制的设备。

机器人:使用深度视觉进行导航、识别外界的环境、规划路径、实现避障工作等。

医疗和生物:足部矫形建模、病人活动/状态监控、手术辅助。

互动娱乐:动作姿势探测、表情识别、娱乐广告;在制作影视特效时,TOF相机可以将深度信息附加在图像中,精确确定场景中每个像素的空间位置。通过简单的后期处理,就能将特效道具插入影片的任何位置。

此外,无论是固定式还是移动式的,TOF设备都可以作为一个性能优异的输入设备。TOF相机的手势识别能力特别适用于消费电子领域,例如游戏、手持式设备和家庭娱乐,以TOF设备为第一人称游戏了直观的接口,完全可以代替远程控制,鼠标和触摸屏。

了解:TOF相机优缺点及其应用领域(图2)

图6:TOF 应用多种多样

当然,TOF的应用不一而足,如果你还想更加深入的了解3D TOF技术在机器人导航,手势控制,3D扫描,增强现实等等的应用

本文相关词条概念解析:

传感器

传感器(英文名称:transducer/sensor)是一种检测装置,能感受到被测量的信息,并能将感受到的信息,按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出,以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。传感器的特点包括:微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化。它是实现自动检测和自动控制的首要环节

网友评论
  • 旺仔的牛奶
    什么相机最好用?
    2019-05-16 19:22 27
  • 啦啦啦最聪
    相比起大家印象中功能简单的拍立得相机,徕卡Sofort在功能性上就显得强大多了
    2019-05-11 05:53 46
  • sevennail
    但因为香港东西带过来过海关必须拆包装才能进来
    2019-05-14 07:08 11
  • 刘玲1212
    不同的相机,对噪点的“忍受力”不同
    2019-05-14 09:16 38
  • 水太深了老
    淘宝就有卖外壳的,而且为了利润最大化,基本都是收购伊拉克战争纪念版那种相机翻新的,甚至有故障机维修翻新,甚至有废机拆配件组装
    2019-05-16 13:35 15
  • 新西兰大头
    港版相机和国行相机到底差在哪?
    2019-05-17 02:19 4
  • 巫师很可爱
    单反是没有山寨但存在大量翻新
    2019-05-17 01:58 50
  • 三板桥罗汉
    快门在顶部,操作不便,嗯,不便
    2019-05-20 03:10 39
  • 望海潮闲话
    苹果手机的相机怎么样?
    2019-05-19 00:25 18
  • 小局1213
    先投资时间和精力学习和提高拍摄技巧,智能手机也有与专业相机相似的功能,运用的好也可拍出大片
    2019-05-10 23:38 27
  • wifi爆满好嘛
    ISO数值越高,感光元件对光线越敏感,能在同样的光圈/快门速度数值下使画面更亮
    2019-05-16 19:34 25
  • 圆咕隆冬的
    其实买国行就是买个保障,没啥区别,港水深,如果你有机会自己去香港买为拆封的机器那是最好的
    2019-05-16 11:37 42
  • 午后白茶
    徕卡Sofort相机怎么样?
    2019-05-15 23:30 28
  • 无梦旅人
    相机的ISO是什么?
    2019-05-14 16:51 26
  • 疯狂的土豆
    随着ISO的增加,噪点也会越来越多,对画质产生影响
    2019-05-10 07:46 28