Úvod
Normálnymodul kameryzachytí plochý, dvojrozmerný obraz – farbu a jas, ale nie vzdialenosť. Amodul stereo kameryto mení: využíva dve šošovky a senzory na vnímanie hĺbky, podobne ako ľudské oči. Pomocou stereo videnia môže stroj merať, ako ďaleko sú objekty, vyhýbať sa prekážkam a vytvárať 3D mapu svojho okolia. Tento článok vysvetľuje, ako funguje stereo videnie, aké komponenty sú zahrnuté a kde sa tieto moduly používajú – od robotiky po priemyselnú kontrolu.
Čo je to Stereo Vision?
Stereo videnie je schopnosť odvodiť hĺbku z dvoch mierne posunutých obrázkov. Amodul stereo kameryobsahuje dve rovnakémodul kamerysenzory, umiestnené v známej vzdialenosti od seba (základná čiara). Porovnaním polohy rovnakého objektu na ľavom a pravom obrázku systém vypočíta disparitu – horizontálny posun. Viac posunu znamená bližší objekt. Výsledkom je ahĺbkovú mapu, kde každý pixel predstavuje vzdialenosť.
Ako funguje modul stereovíznej kamery
Zachytiť– Dvajamodul CMOS kamerysenzory (častomodul kamery 1080p) snímať obrázky súčasne.
Rektifikácia– Obrázky sú opravené na skreslenie šošovky a zarovnané tak, aby zhodné prvky ležali v rovnakom horizontálnom rade.
Stereo prispôsobenie– Procesor nájde zodpovedajúce body (hrany, rohy) medzi ľavým a pravým obrazom – najnáročnejší krok.
Nerovnosť do hĺbky– Pomocou základnej čiary a ohniskovej vzdialenosti systém vypočíta vzdialenosť pre každý pixel.
Výstupom je živá hĺbková mapa pre navigáciu, meranie alebo 3D rekonštrukciu.
Kľúčové komponenty
Dva obrazové snímače– Identickémodul CMOS kamerysenzory. Amodul kamery 1080p(2 MP) vyvažuje detaily a zaťaženie spracovania.
Dve šošovky– Zvyčajne s pevným zaostrením. Niektoré dizajny používajú anmodul fotoaparátu s automatickým zaostrovanímna udržanie ostrosti oboch strán na rôzne vzdialenosti, vyžaduje si to však starostlivú kalibráciu.
Procesor– Vyhradený čip alebo externý počítač. Mnoho stereo modulov integruje ASIC na hĺbkové spracovanie.
Rozhranie– Bežné výstupy zahŕňajú USB (čo z neho robí amodul usb kamery), MIPI alebo Ethernet.
Stereo vs. iné hĺbkové technológie
| Technológia | Silné stránky | Slabé stránky |
|---|---|---|
| Stereo videnie | Pasívne (bez extra svetla), funguje vonku, nízky výkon | Vyžaduje textúrované povrchy, náročné na výpočet |
| Štruktúrované svetlo | Veľmi presné na krátky dosah | Zlyhá vonku, vyžaduje IR projektor |
| čas letu (ToF) | Rýchly, funguje vonku | Nižšie rozlíšenie, viaccestné rušenie |
Stereovízne videnie je často najuniverzálnejšou voľbou pre mobilné roboty a drony, pretože používa iba dve štandardné kamery.
Aplikácie
Robotika– Vyhýbanie sa prekážkam, navigácia, výber a umiestnenie.
Drony– Udržanie nadmorskej výšky, sledovanie terénu, predchádzanie kolíziám.
Priemyselná kontrola– Meranie rozmerov dielov, zisťovanie chýbajúcich komponentov.
Lekárska– Chirurgické vedenie, ortopedické meranie.
Automobilový priemysel– Detekcia chodcov (ADAS).
Stereo Vision s modulom USB kamery
Mnoho vývojárov začína s dvoma rovnakýmimodul usb kameryfotoaparáty (napr.modul kamery 1080p) pripojený k PC. OpenCV poskytuje funkcie stereo párovania pripravené na použitie. Synchronizácia dvoch samostatných USB kamier však môže byť náročná – snímky sa nemusia zachytiť v rovnakom momente. Profesionálnymodul stereo kameryzariadenia majú hardvérovú synchronizáciu a jeden USB výstup, ktorý sa javí ako jedno kombinované zariadenie.
Úloha automatického zaostrovania
Anmodul fotoaparátu s automatickým zaostrovanímje v stereo zostavách zriedkavý, pretože tieto dva objektívy musia zostať dokonale zladené. Ak sa jedna šošovka pohybuje nezávisle, geometrická kalibrácia sa stratí. Väčšina stereo modulov používa šošovky s pevným ohniskom. Pokročilé návrhy môžu používať prepojenémodul fotoaparátu s automatickým zaostrovanímmechanizmy – obe šošovky zaostrujú spolu – na udržanie kalibrácie na rôzne vzdialenosti.
Výber Rozlíšenia
Modul kamery 1080p(2 MP) je najobľúbenejšou voľbou pre stereofónne videnie – dostatok detailov na prispôsobenie funkcií, ale nie príliš náročné na spracovanie. Na vysoko presné priemyselné meranie možno použiť snímače s vyšším rozlíšením (5 MP alebo 4K), vyžadujú si však oveľa viac výpočtového výkonu.
Vstavané systémy
V prípade robotov napájaných z batérie hľadajte roboty s nízkou spotrebou energiemodul CMOS kamerya efektívne stereo prispôsobenie. Niektorímodul stereo kameryzariadenia integrujú dedikovaný hĺbkový procesor (napr. Intel RealSense, StereoLabs ZED), ktorý znižuje záťaž hostiteľského CPU – ideálne pre vstavané aplikácie.
Moduly Stereo Vision Camera od spoločnosti Sincere
V Sincere navrhujeme na mierumodul kameryriešenia pre stereo videnie:
Modul stereo kamery– Zhodnemodul CMOS kamerypáry, továrensky kalibrované.
Modul USB kamery– Jednokáblové stereo kamery s hardvérovou synchronizáciou.
Modul kamery 1080p– 2-megapixelové snímače ideálne pre väčšinu robotiky a inšpekcie.
Modul fotoaparátu s automatickým zaostrovaním– Prepojené zaostrovanie na premenlivé vzdialenosti (vlastné poradie).
Zhrnutie
A modul stereo kameryvyužíva dve šošovky a senzory na vnímanie hĺbky, čo umožňuje strojom navigovať, merať a chápať 3D priestor. Na rozdiel od štruktúrovaného svetla alebo ToF, stereo funguje pasívne pri akomkoľvek osvetlení a vonku. Bežnou cestou vývoja je použitie dvochmodul kamery 1080pjednotky ako amodul usb kamerystereo pár s OpenCV. Pre výrobu, oddanýmodul stereo kamerys továrenskou kalibráciou a jediným výstupom USB sa ľahšie integruje. Rozlíšenie vyberajte múdro – 1080p je dobrý začiatok – a pamätajte na tomodul fotoaparátu s automatickým zaostrovanímdizajny sú zriedkavé a vyžadujú si prepojené mechanizmy.
Ak chcete prediskutovať svoje otázky, kontaktujte spoločnosť Sinceremodul stereo kamerypožiadavky.
