Analyse von Einzel-, Doppel-, Dreifach- und Mehrkamerasystemen

Monokulare, binokulare, trinokulare und multiokulare Kameras sind wichtige Geräte im Bereich der Wahrnehmung, jedes mit seinen eigenen Eigenschaften und Anwendungsszenarien. Hier ist ein detaillierter Vergleich für Sie:

Zusammensetzung: Es besteht aus einer einzigen Linsen- und Bildsensorkombination mit einfachster Struktur und relativ geringen Kosten.

Prinzip: Es schätzt Entfernungen und andere Informationen auf Grundlage von Größe, Form und Textur eines zweidimensionalen Bildes, kombiniert mit Vorwissen oder maschinellen Lernmodellen. Es fehlen jedoch direkte Methoden zur Tiefenmessung. Bei der Fotografie mit Mobiltelefonen beispielsweise nimmt eine monokulare Kamera die Szene auf und führt mithilfe von Algorithmen eine einfache Hintergrundunschärfe für die fotografierte Person oder Szenerie durch, um einen geringen Tiefenschärfeeffekt zu simulieren.

Vorteile: Es ist kostengünstig und lässt sich leicht in verschiedene kleine Geräte integrieren, wie z. B. Sicherheitskameras für zu Hause und Kinderuhrkameras, und erfüllt die grundlegenden Anforderungen an die Bilderfassung. Einschränkung: Die Genauigkeit der Tiefenwahrnehmung ist schlecht und die Entfernung von Objekten in komplexen Umgebungen kann nicht genau beurteilt werden, was die Bewältigung hochpräziser Aufgaben erschwert. Beispielsweise kann die präzise Hindernisvermeidung beim autonomen Fahren nicht auf eine monokulare Kamera zurückgreifen.

Zusammensetzung: Es besteht aus zwei in einem bestimmten Grundlinienabstand angeordneten Kameras, jede mit eigenem optischen System und Bildgebungssystem, und ermöglicht Stereosehen durch die synchrone Aufnahme von Bildern.

Prinzip: Basierend auf dem Prinzip der Oulation nutzt es die Unterschiede zwischen den beiden Kameras, die dieselbe Szene aufnehmen, um die Tiefeninformationen des Objekts zu berechnen, und kombiniert Bilderkennungstechnologie, um das Ziel zu bestimmen. Beispielsweise hilft eine binokulare Kamera dem Roboter bei Kommissioniervorgängen durch Industrieroboter, die Position und Entfernung von Teilen zu lokalisieren, was eine präzise Kommissionierung ermöglicht.

Vorteil: Im Vergleich zu einer Monokularkamera ist die Tiefenwahrnehmung deutlich verbessert und es können relativ einfache 3D-Szenenmodelle erstellt werden. Sie ist kostengünstig und wird in den Bereichen Sicherheit, Robotik und anderen Bereichen eingesetzt.

Einschränkung: Es reagiert empfindlich auf Änderungen der Beleuchtung und der Basislinienabstand muss sinnvoll eingestellt werden, da sonst leicht Messfehler auftreten können. In Umgebungen mit starkem Direktlicht oder schwachem Licht wird die Genauigkeit der Tiefenberechnungen stark beeinträchtigt.

Zusammensetzung: besteht aus drei in einer bestimmten Anordnung angeordneten Kameras, jede mit eigenem optischen System und Bildsensor sowie einer Datenverarbeitungseinheit und Kommunikationsschnittstelle.

Prinzip Ähnlich wie bei einer binokularen Kamera fotografieren verschiedene Kameras gleichzeitig aus mehreren Winkeln, verwenden umfangreiche Disparitätsinformationen, um die Tiefe mit hoher Präzision zu berechnen, und kombinieren Bilderkennung mit den umfassenden Eigenschaften des Ziels. Beim autonomen Fahren beispielsweise erfasst eine trinokulare Kamera die Straßenbedingungen vorn aus allen Richtungen und erkennt Fahrzeuge, Fußgänger und Hindernisse sowie deren Kategorie genau.

Vorteil: Hochpräzise Tiefenwahrnehmung, Weitwinkelabdeckung ohne tote Zonen und starke Zielerkennungsfunktionen machen es für High-End-Anwendungen geeignet, die eine hohe Genauigkeit und ein gutes Szenenverständnis erfordern.

Einschränkung: Die Kamerakalibrierung ist komplex, das Datenverarbeitungsvolumen groß und die Hardware- und technischen Hürden sind hoch, was die Beliebtheit dieser Lösung in einigen kostensensiblen Bereichen einschränkt.

Zusammensetzung: Umfasst vier oder mehr Kameras und ermöglicht so eine flexible Layoutgestaltung basierend auf verschiedenen Anwendungen, wodurch ein komplexes visuelles Array entsteht.

Prinzip: Integriert Bilddaten aus mehreren Winkeln und mehreren Ebenen von verschiedenen Kameras, verwendet fortschrittliche Algorithmen, um detaillierte visuelle Informationen zu gewinnen, und erstellt ultrafeine 3D-Szenenmodelle, um eine hochpräzise und zuverlässige Umgebungswahrnehmung zu erreichen. Bei professionellen Virtual-Reality-Filmen werden beispielsweise Mehraugenkameras kreisförmig angeordnet, um die Bewegungen und Gesichtsausdrücke des Schauspielers aus allen Richtungen zu erfassen und dem virtuellen Charakter realistische Ausdruckskraft zu verleihen.

Vorteile: Überlegene Umgebungswahrnehmung und Detailgenauigkeit, Anpassungsfähigkeit an extrem komplexe Szenen und Bereitstellung erstklassiger visueller Unterstützung für hochmoderne Technologieanwendungen wie das Metaverse und intelligente unbemannte Systeme.

Limit: Das System ist hochkomplex, mit teuren Forschung und Entwicklung und Produktionskosten sowie enormen Datenverarbeitungs- und Übertragungsdruck. Derzeit wird es hauptsächlich in den Bereichen High-End-Forschung und Filmproduktion eingesetzt.

Insgesamt verbessern sich mit der zunehmenden Anzahl von Kameraaugen die visuellen Wahrnehmungsfähigkeiten allmählich, aber auch die Kosten und technischen Schwierigkeiten steigen. Bei der Auswahl müssen Faktoren wie Anwendungsanforderungen, Budget und technische Machbarkeit berücksichtigt werden, um die am besten geeignete visuelle Lösung auszuwählen.