سنسور تصویربرداری سه بعدی (3D Image Sensor)، در فیزیک (Physics)
انواع حسگرها (Sensor) را در آموزش زیر شرح دادیم :
سنسور تصویربرداری سه بعدی (3D Image Sensor) :
سنسور تصویربرداری سه بعدی (3D) دستگاهی است که علاوه بر ثبت شدت نور (مانند دوربین های معمولی دو بعدی)، قادر به اندازه گیری عمق (فاصله) هر پیکسل از سنسور تا اشیاء موجود در صحنه نیز می باشد. این سنسورها یک نقشه عمق (depth map) تولید می کنند که همراه با تصویر رنگی، امکان بازسازی سه بعدی از محیط را فراهم می آورد. کاربردهای سنسورهای 3D شامل واقعیت مجازی و افزوده (VR/AR)، خودروهای خودران، رباتیک، تشخیص چهره، و کنترل حرکتی در کنسول های بازی است.
فناوری های اصلی تصویربرداری سه بعدی:
دوربین های استریو (Stereo Vision): از دو دوربین معمولی که با فاصله مشخصی از هم قرار گرفته اند (مانند چشم انسان) استفاده می کند. با مقایسه دو تصویر و یافتن نقاط متناظر در آنها، عمق با استفاده از روش مثلثسازی محاسبه می شود. این روش به نور محیط وابسته است و برای سطوح بدون بافت (مانند دیوار سفید) مشکل دارد.
دوربین های زمان پرواز (Time-of-Flight - ToF): یک منبع نور (معمولا لیزر یا LED فروسرخ) به صورت مدوله شده یا پالسی به صحنه می تابد. یک سنسور (معمولا یک آرایه از فتودیودهای خاص) زمان بازگشت نور را برای هر پیکسل اندازه گیری می کند. فاصله هر نقطه
\[ d = \frac{c \cdot \Delta t}{2} \]است. سنسورهای ToF سریع و فشرده هستند و در تلفن های هوشمند و رباتیک کاربرد دارند.
نور ساختاریافته (Structured Light): یک الگوی نوری مشخص (مثلا شبکه ای از نقاط یا خطوط) با یک پروژکتور (معمولا فروسرخ) به صحنه تابیده می شود. یک دوربین از این الگوی تغییر شکل یافته (بر اساس عمق اجسام) تصویر می گیرد. با تحلیل اعوجاج الگو، نقشه عمق محاسبه می شود. فناوری Microsoft Kinect نسل اول از این روش استفاده می کرد. دقت خوبی در فواصل کوتاه دارد.
LIDAR (که قبلا توضیح داده شد): با اسکن کردن پرتو لیزر و اندازه گیری زمان پرواز هر پالس، یک ابر نقطه (point cloud) با دقت بالا از محیط ایجاد می کند. LIDARها برای فواصل بلند (مثلا در خودروهای خودران) ایده آل هستند.
انتخاب فناوری به کاربرد (فاصله، دقت، سرعت، هزینه) بستگی دارد. سنسورهای ToF و نور ساختاریافته برای فواصل کوتاه و متوسط (چند متر) در الکترونیک مصرفی مناسب اند، در حالی که LIDAR برای فواصل بلند در کاربردهای خودران استفاده می شود.
\[ d = \frac{c \cdot \phi}{4\pi f} \quad \text{(در ToF با نور مدوله شده)} \]که
\[ \phi \]اختلاف فاز بین نور ارسالی و دریافتی است.
