Análisis de sistemas de una, dos, tres y varias cámaras

Las cámaras monoculares, binoculares, trinoculares y multioculares son dispositivos clave en el campo de la percepción, cada una con sus propias características y escenarios de aplicación. A continuación, le presentamos una comparación detallada:

Composición: Consiste en una única combinación de lente y sensor de imagen, con la estructura más simple y un costo relativamente bajo.

Principio: Estima la distancia y otra información basándose en el tamaño, la forma y la textura de una imagen bidimensional, combinada con conocimientos previos o modelos de aprendizaje automático. Sin embargo, carece de métodos de medición de profundidad directa. Por ejemplo, en la fotografía con un teléfono móvil, la cámara monocular captura la escena y, a través de algoritmos, realiza un desenfoque simple del fondo de la persona o el paisaje fotografiado para simular un efecto de poca profundidad de campo.

Ventajas: Es rentable y fácil de integrar en varios dispositivos pequeños, como cámaras de seguridad para el hogar y cámaras de vigilancia para niños, y satisface las necesidades básicas de adquisición de imágenes. Limitaciones: La precisión de la percepción de profundidad es deficiente y no puede juzgar con precisión la distancia de los objetos en entornos complejos, lo que dificulta el manejo de tareas de alta precisión. Por ejemplo, la evitación precisa de obstáculos en la conducción autónoma no puede depender de una cámara monocular.

Composición: Consta de dos cámaras dispuestas a cierta distancia de base, cada una con su propio sistema óptico y de imagen, y realiza visión estéreo capturando imágenes sincrónicamente.

Principio: Basado en el principio de ofulación, utiliza la disparidad entre las dos cámaras que graban la misma escena para calcular la información de profundidad del objeto y combina la tecnología de reconocimiento de imágenes para determinar el objetivo. Por ejemplo, en las operaciones de selección de robots industriales, una cámara binocular ayuda al robot a localizar la posición y la distancia de las piezas, lo que permite una selección precisa.

Ventajas: la cámara monocular mejora significativamente la capacidad de percepción de profundidad y permite construir un modelo de escena 3D relativamente simple. Es rentable y se utiliza en seguridad, robótica y otros campos.

Limitación: Es sensible a los cambios de iluminación y la distancia de referencia debe establecerse de forma razonable; de lo contrario, pueden producirse errores de medición con facilidad. En entornos con luz directa intensa o luz tenue, la precisión de los cálculos de profundidad se ve muy afectada.

Composición: consta de tres cámaras dispuestas en un layout específico, cada una con su propio sistema óptico y sensor de imagen, junto con una unidad de procesamiento de datos y una interfaz de comunicación.

Principio De manera similar a una cámara binocular, diferentes cámaras disparan desde múltiples ángulos simultáneamente, utilizando información de disparidad enriquecida para calcular la profundidad con alta precisión y combinando el reconocimiento de imágenes con los atributos integrales del objetivo. Por ejemplo, en la conducción autónoma, una cámara trinocular captura las condiciones de la carretera frontal desde todas las direcciones, percibiendo con precisión la ubicación y la categoría de los vehículos, peatones y obstáculos.

Ventaja: La percepción de profundidad de alta precisión, la cobertura de amplio ángulo sin zonas muertas y las fuertes capacidades de reconocimiento de objetivos lo hacen adecuado para aplicaciones de alta gama que requieren alta precisión y comprensión de la escena.

Limitación: La calibración de la cámara es compleja, el volumen de procesamiento de datos es grande y el umbral técnico y de hardware son altos, lo que limita su popularidad en algunos campos sensibles a los costos.

Composición: Comprende cuatro o más cámaras, permitiendo un diseño flexible de disposición en función de diferentes aplicaciones, formando un conjunto visual complejo.

Principio: integra datos de imágenes multiángulo y multicapa de varias cámaras, emplea algoritmos avanzados para extraer información visual profunda y construye modelos de escenas 3D ultrafinos para lograr una percepción ambiental de alta precisión y alta confiabilidad. Por ejemplo, en la filmación profesional de realidad virtual, las cámaras multiojo se disponen en círculo para capturar los movimientos y las expresiones faciales del actor desde todas las direcciones, lo que le otorga al personaje virtual una expresividad realista.

Ventajas: Capacidades superiores de percepción ambiental y detalle, adaptable a escenas extremadamente complejas y puede proporcionar soporte visual de primer nivel para aplicaciones de tecnología de vanguardia como Metaverse y sistemas inteligentes no tripulados.

Límite: El sistema es muy complejo y costoso. Investigación y desarrollo y los costes de producción, así como la enorme presión de procesamiento y transmisión de datos. En la actualidad, se utiliza principalmente en los campos de investigación y producción cinematográfica de alta gama.

En general, a medida que aumenta el número de ojos de cámara, las capacidades de percepción visual mejoran gradualmente, pero también lo hacen los costos y las dificultades técnicas. Al hacer la selección, es necesario considerar factores como los requisitos de la aplicación, el presupuesto y la viabilidad técnica para elegir la solución visual más adecuada.