3D pour tous
La technologie « Time-of-Flight » : une technologie clé pour les applications 3D sensibles au coût
Nion est la première caméra 3D développée en interne par IDS et vise une entrée économique dans la capture 3D. Elle vient ainsi compléter les solutions existantes dans le segment haut de gamme, notamment avec les caméras de stéréovision Ensenso. Le capteur 3D d'onsemi utilisé repose sur la technologie du Time-of-Flight indirect, fournit des données de profondeur haute résolution et fonctionne de manière stable même dans des conditions d'éclairage variables, tant à l'intérieur qu'à l'extérieur. Nion est donc particulièrement adapté aux applications industrielles qui nécessitent des informations de profondeur fiables, sans la complexité des systèmes 3D haut de gamme classiques. Dans cet article, Patrick Schick, chef de produit 3D Vision chez IDS, explique le contexte et les choix techniques qui ont présidé à la conception de Nion, présente la technologie iToF et en expose les domaines d'application typiques.
IDS fait son entrée sur le marché de l'iToF 3D avec Nion
Grâce aux caméras Ensenso stéréovision, IDS est déjà présent depuis de nombreuses années sur le segment de la 3D. Nion élargit cette gamme avec sa propre caméra Time‑of‑Flight d’entrée de gamme.
Patrick Schick : « Avec la caméra Nion, nous nous lançons délibérément sur un nouveau segment de marché. Ensenso reste notre solution de prédilection lorsque la qualité des données et la précision en profondeur sont primordiales. Nion est destiné aux applications qui nécessitent des données de profondeur stables, mais qui ne requièrent pas la précision maximale offerte par les systèmes de mesure 3D complexes. Cette caméra vient compléter la gamme dans le segment d'entrée de gamme et offre une solution aux utilisateurs qui souhaitent utiliser la 3D de manière pragmatique et polyvalente. »
Le rôle de la technologie iToF dans le traitement d'images 3D
Les capteurs ToF indirects (iToF) déterminent les distances en mesurant le déphasage entre la lumière modulée émise et la lumière réfléchie. Ce procédé offre une précision et une résolution supérieures à celles de nombreuses approches ToF directes, dans lesquelles le temps de propagation de l'impulsion lumineuse est mesuré. Les capteurs iToF sont fréquemment utilisés dans l'automatisation industrielle, la robotique et la numérisation 3D.
Patrick Schick : « iToF est pour nous un élément logique de notre gamme de produits 3D. Cette technologie offre une haute résolution spatiale et fonctionne de manière stable en cas de mouvement. Elle permet de générer des informations de profondeur en temps réel, sans nécessiter de calculs complexes en dehors du capteur. C'est exactement ce dont ont besoin de nombreuses applications industrielles : des données de profondeur fiables et faciles à utiliser. »
Nion mise sur un capteur iToF moderne doté d'une fonction de détection de profondeur intégrée
Le capteur onsemi AF0130 de la série Hyperlux utilisé offre une résolution XY de 1,2 mégapixel et, grâce à des fréquences de modulation pouvant atteindre 200 MHz, une résolution en profondeur élevée. De plus, le capteur enregistre les quatre images de phase nécessaires à la technologie iToF avant qu'elles ne soient lues dans leur intégralité.
Patrick Schick : « Nous avons choisi le capteur Hyperlux car il répond à plusieurs exigences à la fois. Avec une résolution de 1280 × 960 pixels, il offre une densité de données quatre fois supérieure à celle des caméras ToF VGA courantes, traite les informations de profondeur directement dans le capteur et supprime très efficacement la lumière ambiante. La large gamme de fréquences de modulation permet de couvrir différentes distances, allant du proche jusqu’aux plus grandes portées de travail. Nous pouvons ainsi proposer une caméra qui offre des résultats fiables dans de nombreux cas de figure. »
Mesure de profondeur stable face aux mouvements dans des scènes dynamiques
L'une des principales caractéristiques du Nion est son faible flou de mouvement. Cela est particulièrement important pour la logistique, la technologie de convoyage ou les applications comportant des pièces rotatives. En effet, le flou de mouvement entraîne des valeurs de profondeur instables.
Patrick Schick : « Pour chaque information de profondeur, les capteurs iToF ont besoin de plusieurs images de phase de la même scène. Pour de nombreuses caméras ToF, ces images de phase sont exposées successivement et lues individuellement depuis le capteur. Il s'écoule du temps entre ces expositions. Si l'objet bouge entre-temps, les images de phase ne coïncident plus exactement. La caméra calcule la profondeur à partir d’informations d’image qui ne sont plus parfaitement superposées. Cela entraîne un flou en profondeur. Avec le capteur Hyperlux d’onsemi utilisé dans la Nion, toutes les images de phase sont mises en mémoire tampon dans le capteur avant d’être lues en bloc. Les expositions se déroulent ainsi pratiquement sans interruption. Ainsi, les images restent superposées et les valeurs de profondeur demeurent stables, même lorsque des objets se déplacent rapidement à travers l'image. »
Stable en cas de variations de lumière : Utilisation en intérieur et en extérieur
Nion est conçu pour une utilisation en intérieur et en extérieur. Ce principe repose sur la grande sensibilité spectrale du capteur iToF utilisé dans la gamme des 940 nm, combinée à une source laser adaptée émettant dans la même région spectrale.
Patrick Schick : « Nion fonctionne dans la gamme des 940 nm et est donc nettement moins sensible à la lumière du soleil et à de nombreuses sources de lumière artificielle, qui se situent principalement dans d'autres gammes de longueurs d'onde. C'est important pour les centres logistiques, les halls de production ou les espaces extérieurs. Les utilisateurs n'ont pas besoin de prévoir des diaphragmes ou des enceintes complexes pour obtenir des données exploitables. Dans ces situations, la caméra fournit des images de profondeur stables qui peuvent être analysées directement. »
Domaines d'application typiques de Nion
Nion convient à de nombreuses tâches industrielles. La caméra fournit des informations de profondeur dans des scènes où les distances, la taille des objets et les mouvements varient. Il s'agit d'un système ToF polyvalent qui s'adapte ainsi à tous les environnements nécessitant une capture 3D flexible et robuste.
Patrick Schick: « La logistique est un enjeu majeur. Il s'agit ici de détecter, de suivre ou de mesurer des objets sans interrompre les processus. La caméra détecte les colis et autres marchandises, quelles que soient leur taille et la distance, et fonctionne de manière stable même en cas de mouvement. Les applications telles que les contrôles de niveau ou les contrôles de présence sont également intéressantes. Dans de nombreux cas, les processus 2D existants peuvent être conservés et ponctuellement enrichis par des données de profondeur lorsque cela s’avère utile pour la prise de décision dans le processus. »
Intégration facile dans les systèmes existants
Dans le cadre d'une utilisation industrielle, l'intégration dans les environnements logiciels existants est essentielle. Nion est conforme à la norme GigE Vision et s'intègre parfaitement aux environnements logiciels IDS.
Patrick Schick : « Nous voulions une caméra 3D pouvant être utilisée comme une caméra industrielle classique. Nion est conforme aux normes GigE Vision et est entièrement intégrée à notre Logiciel IDS peak. Cela signifie que les utilisateurs n'ont pas besoin de solutions spécialisées complexes, mais peuvent intégrer la caméra dans leurs outils et applications existants sans trop d'efforts. De plus, comme toutes les autres caméras de vision 2D IDS, la Nion est entièrement intégrée au cockpit IDS peak. Cela réduit considérablement l'effort nécessaire pour se lancer dans la 3D. »
Distinction par rapport aux technologies 3D de haute précision
Il existe sur le marché différentes approches 3D, parmi lesquelles des systèmes de stéréovision active tels qu’Ensenso, qui offrent une précision optimale. Nion s'adresse toutefois à d'autres cas d'utilisation.
Patrick Schick: « Les technologies 3D de haute précision telles que la stéréovision active constituent le choix idéal lorsqu'il s'agit de détails extrêmement fins, d'une précision de profondeur optimale et de tâches de mesure complexes. Nion se positionne différemment. Cette caméra est conçue pour fournir des données de profondeur fiables à un prix attractif, en mettant clairement l'accent sur la simplicité d'utilisation et l'intégration. Elle ne remplace pas les systèmes 3D haut de gamme, mais vient compléter la gamme lorsque les applications nécessitent des informations de profondeur fiables, mais pas d'une précision maximale. »
Evolution de la gamme de produits 3D
Nion a été conçue comme le premier élément d'une nouvelle gamme 3D. IDS prévoit des extensions dans différents domaines.
Patrick Schick : « Nous avons délibérément pris notre temps pour le lancement de la Nion, nous avons testé des prototypes et recueilli de nombreux retours d’expérience. Ces expériences sont également prises en compte dans d'autres modèles. On peut envisager des variantes offrant un champ de vision plus large, des capacités multi-caméras ou des fonctionnalités supplémentaires. L'objectif est de proposer une gamme de produits 3D qui réponde à tous les besoins et offre à nos clients des solutions adaptées à chaque situation. »
Informations complémentaires
- Le Time-of-Flight atteint un nouveau niveau - découvrez les avantages du Nion : Vers la page d'informations sur le produit
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