Журнал "Системы Безопасности" № 4‘2022

преобразованием (стереоочки), то сейчас система уже вычисляет положение этой точки в пространстве математически, используя весьма сложные алгоритмы для составления истинной карты глубины. Основным преимуществом стереоскопических систем является то, что для них, как правило, не требуется активного освещения, то есть под- светки собственным источником света, в боль- шинстве случаев достаточно внешнего освеще- ния. Кроме того, солнечный свет при этом даже очень полезен, так как является естественной подсветкой во всем видимом спектре. К тому же подобные системы дешевле, потому что для сбора данных требуются только две камеры без сложного аппаратного решения, хотя для нахождения соответствующей точки и разра- ботки трехмерного изображения может пона- добиться сложный прикладной процессор. Еще один важный положительный момент заключа- ется в том, что эти системы могут выводить для фиксации (например, для хранения данных) еще и обычные двумерные изображения с высоким разрешением. Основной недостаток стереокамер – требова- ние контраста в наблюдаемой сцене. То есть, если нет явного контраста между изображения- ми с двух камер, расстояние не может быть рас- считано достаточно точно, например в средах с монохромным покрытием, где нет контраста между тем, что видят две камеры, и в средах с недостаточным освещением при отсутствии собственной подсветки. Очевидно, что такой метод измерения глубины эффективен только на небольших расстояниях, так как увеличение расстояния до объекта увеличивает погреш- ность карты. Для решения этой проблемы потребуется разносить сами камеры, что не все- гда возможно. Именно поэтому производители сборных стереомодулей обязательно указывают такой важный параметр, как допустимая глуби- на съемки. Как уже отмечалось, глубина из сте- рео – самый дешевый метод, так как сами камеры недорогие. Сложность в том, что даль- нейшая обработка намного более ресурсоем- кая, чем при других способах. LiDAR-технологии Light Detection and Ranging – это обнаружение и определение дальности с помощью света. Именно такая транслитерация определяет еще один метод построения глубины или 3D-карты. Изначально это были уже давно известные активные лазерные дальномеры – стационар- ные или вращающиеся в горизонтальной плос- кости. Принцип работы лидара аналогичен ToF- устройствам и заключается в замере запаздыва- ния отраженного света с вычислением расстоя- ния до объекта. В итоге получалось круговое изображение с хорошо просматриваемыми объектами в плоскости сканирования. До появления твердотельных лидаров (Solid- state LiDAR) развитие этого направления шло медленно, в первую очередь из-за высокой стоимости. Новая технология лидаров не имеет подвижных частей, которые очень уязвимы при установке на транспортное средство. Как след- ствие, новое поколение стало в разы надежнее и при этом намного дешевле. Более того, лида- ры получили объем! Это связано с тем, что изображение с SSL теперь прямоугольное, как у обычной камеры, и более удобное для анализа. На рис. 6 показано, как выглядит изображение глубины, снятое современным лидаром. Стоит отметить важную особенность в работе лидаров: сканирование матрицы работает с бегущим затвором, что вносит ощутимые искажения при съемке быстродвижущихся объ- ектов. Поэтому все лидары, помимо вычисли- тельной процедуры по созданию карты глуби- ны, используют и мощный функционал для кор- рекции получаемого изображения. Технологии SSL постоянно совершенствуются, и одно понятно точно: именно появление твер- дотельных лидаров придало мощный импульс развитию беспилотной техники, как наземной, так и воздушной. Область внедрения поистине безгранична, и нас еще ждет настоящий бум беспилотников, роботов и терминалов, "видя- щих" мир с помощью миниатюрных лидаров. И сейчас совсем не фантастично увидеть, например, сельскохозяйственный уборочный комбайн, перемещающийся по полю без уча- стия водителя или оператора и при этом выпол- няющий свои основные функции. А беспилот- ные пассажирские автобусы и поезда уже сей- час курсируют в мегаполисах мира. Камеры Structured Light Это один из самых простых, распространенных и недорогих способов измерения глубины. Метод структурированного света работает по принципу проецирования точек или линий на объект. Проецируемая сетка синхронизирована по эталонному образцу и с известным чередо- ванием. При попадании на трехмерный объект этот эталонный образец искажается, а 2D-каме- ра фиксирует подобное искажение. Потом искажение сравнивается с эталонным шабло- ном, и на основе уровня искажения в каждой точке вычисляется карта глубины. Конечно же, и у этого метода есть свои недостат- ки, основные из которых – появление слепых зон при разнесенных камере и проекторе и засветы от посторонних источников. Вследствие этого появляются "смазанные" участки, возникающие из-за теневого эффекта, или ложные артефакты. Поэтому такой метод построения карты глубины максимально хорош на небольших расстояниях до объекта и при стабильном фоновом свете. Однако именно этот метод 3D-сканирования получил самое массовое применение, и сегодня почти у каждого из нас есть в кармане устрой- ство с камерой Structured Light. Правильно! Это смартфоны и планшеты! Именно в этих устройствах метод структуриро- ванного света раскрыл весь свой потенциал, ведь технология FaceID – это типичная камера глубины с типичным инфракрасным генерато- ром точек и инфракрасной камерой. При этом совершенно понятно, почему использована тех- нология 3D в идентификации лиц. Во-первых, теперь нельзя обмануть детектор, показав фото лица (или видео с планшета). Во-вторых, лицо сильно меняется при изменении освещения, а его форма – нет, что позволяет вместе с дан- ными с RGB-камеры точнее идентифицировать человека. Еще одно массовое применение камер глуби- ны – распознавание жестов. Уже сейчас появи- лись модели телевизоров, приставок и робо- тов-пылесосов, которые в состоянии восприни- август – сентябрь 2022 www.secuteck.ru МАШИННОЕ ЗРЕНИЕ В И Д Е О Н А Б Л Ю Д Е Н И Е И В И Д Е О А Н А Л И Т И К А 80 Рис. 7. Метод структурированного света работает по принципу проецирования точек или линий на объект Рис. 5. Карта глубины с кругового лазера Рис. 6. Карта глубины, создаваемая SSL-лидаром