シングルカメラとマルチカメラシステム: 究極のガイド

シングルカメラと マルチカメラは、組み込みビジョン システムの 2 つの主要な構成です。双方の最終目標は重複しているかもしれませんが、設計、動作メカニズム、データ取得プロセスにおいて技術的には大きく異なります。

このブログでは、これら 2 つのカメラ システム、その仕組み、類似点と相違点、組み込みビジョンの使用例について、説明します。

シングルカメラシステムとは何でしょうか?

シングル カメラ システムは、1 つの光学部品ユニットを使用して視覚データを撮影するイメージング ソリューションです。その機能は、単一の視野からの視覚情報の処理が中心です。これらのシステムは、データの取得と処理を簡素化する合理化されたアーキテクチャを特徴としています。

シングルカメラの構成では、光をデジタル形式に変換するために、適切に調整された光学部品と電子部品を使用します。このシステムは、深度の認識、複数の視点、または複雑な空間データが不要な場合に最適です。

シングルカメラシステムはどのように機能しますか?

シングルカメラシステムは、光を捉え、それを処理して、最終的な視覚データを送信するという簡潔なシーケンスで動作します。その仕組みは次のとおりです。

• 撮影対象からの光がレンズに入り、画像センサーに焦点を合わせます。これにより、撮影した画像が鮮明で、意図した視野をカバーしていることを保証します。
• 次に、イメージセンサーが光を電子信号に変換し、明るさと色を取り込み、RAWデータを作成します。
• 次に、生のデータがクリーンアップされ、調整されます。ノイズが低減され、色のバランスがとられ、コントラストが向上します。これらの調整は、設定に応じて、カメラ内で直接行われる場合もあれば、接続されたデバイス上で行われる場合もあります。
• 処理された視覚データは、互換性のある通信プロトコルを使用してホスト システムに送信されます。システムがシンプルなため、データの遅延が最小限に抑えられ、他のハードウェアとの組み込みが簡単になります。

マルチカメラシステムとは何ですか?

マルチカメラ システムは、 その名前が示すように、複数の画像ユニットを組み込んで、様々な視点から視覚データを撮影します。この構成は、シングルカメラシステムよりも複雑で、より広い空間範囲、深度の認識、または同期されたマルチアングル画像を提供できるように設計されています。

このシステムは、連携して動作する複数のカメラを組み込んでおり、各カメラが場面の独自のビューを撮影します。これらのビューは、目的のアプリケーションに応じて、処理および結合されて合成されたビジュアル出力を作成するか、個別に分析されます。

マルチカメラシステムはどのように機能しますか?

マルチカメラ システム の操作には、データの撮影と処理を可能にする一連の同期された手順が含まれます。

• システム内の各カメラは、独自の角度または視点から光を捉えます。カメラの配置は、目的に応じて変更できます。
• 各カメラの画像センサーは連携して光をデジタル信号に変換します。このプロセスは各カメラユニットで独立して行われ、正確なタイミングメカニズムによって同期されます。
• 撮影された信号は、すべてのカメラからの視覚情報を整列および結合するために処理されます。この段階では、画像のステッチ、深度マップの計算、またはシーン内の特定の特徴の分離が行われます。
• 処理されたデータは、統合された出力または個別のストリームとしてホスト システムに送信され、さらに分析されます。高度なアルゴリズムにより、各カメラからのデータが正確に調整され、エラーや不一致が最小限に抑えられます。

シングルカメラシステムとマルチカメラシステムの類似点

• 目的: 分析や表示のために視覚データを撮影、処理、送信します。直接の目的は、光を使用可能な形式に変換することです。
• コンポーネント: どちらのシステムも、機能を実現するためにイメージ センサー、光学部品、および処理ユニットを使用しています。これらのコンポーネントの数は異なりますが、テクノロジーとしては同じです。
• 信号変換: システムに関係なく、光の強度と色を検出するために、通常は CMOS などのイメージセンサーが使用されます。光子を電子信号に変換するプロセスは、イメージセンサーの動作の基本です。
• データ処理: シングルカメラおよび複数カメラのシステムでは、画像処理技術を活用してデータ品質を向上させます。ノイズ低減、色補正、露出調整は、規模は異なりますが、一般的に行われます
• ホスト システムとの組み合わせ: どちらの構成でも、USB、MIPI、イーサネットなどの通信インターフェイスを使用してデータをホストシステムに転送します。
• キャリブレーションへの依存性: 適切なキャリブレーションにより、最適な画像品質が保証されます。レンズの調整、センサーの調整、カラー プロファイリングも、優れた画像を実現するために重要です。

シングルカメラシステムとマルチカメラシステムの違い

アーキテクチャー

• シングルカメラシステムでは、単一の光学およびセンサー ユニットを使用して、固定された視野内でデータを撮影します。
• マルチカメラシステムでは、 複数のカメラを使用し、それぞれが独自の視点からデータを撮影します。様々なユニットからの入力を同期して処理するには、追加のハードウェアとソフトウェアが必要です。

視野角 (FoV)

• シングルカメラシステムは単一の視点からデータを撮影するため、空間認識が制限されます。
• マルチカメラ システムは視野が広く、複数の視点から同時にデータを撮影できます。

深度の認識

• シングルカメラ システムでは、追加の計算処理なしでは深度を直接測定したり、3D 表示をしたりすることはできません。
• マルチカメラ システムでは、異なる場所に配置された複数のカメラのデータを比較することで、深度認識と3Dマッピングが可能になります。

データの複雑さ

• シングルカメラシステムは単一のビジュアル データ ストリームを生成するため、データ処理とストレージ要件が簡素化されます。
• マルチカメラシステムは、同期、統合、および処理能力の向上を必要とする複数のデータ ストリームを生成します。

ハードウェア要件

• シングルカメラシステムでは、最小限のハードウェアしか必要とせず、保守および調整するコンポーネントも少なくなります。
• マルチカメラシステムでは、同期装置、データ アグリゲータ、および多くの場合、より堅牢な処理ユニットなどの追加コンポーネントが必要になります。

システムの柔軟性

• シングルカメラシステムは、視野内のタスクに最適です。
• マルチカメラ システムは適応性が高く、複数の入力を必要とする複雑な視覚タスクを処理できます。

同期

• シングルカメラシステムは同期を必要とせず独立して動作します。
• マルチカメラシステムでは、正確なデータの配置と処理を保証するために、カメラ間での正確な同期が求められます。

スケーラビリティ

• シングルカメラシステムでは、機能を追加するには複数カメラ セットアップへの移行が必要になるため、拡張性が制限されます。
• マルチカメラシステムでは、 正確なデータ調整と処理を保証するために、カメラ間で正確な同期が必要です。

シングルカメラシステムの組み込みビジョンのユースケース

スマート交通システム

シングルカメラシステムは、スマート シティにおける交通の流れの監視、違反の検出、ナンバー プレート情報の取得に大きな役割を果たします。様々な照明条件や環境で動作できるため、高性能な交通監視設定に最適です。

デジタル顕微鏡

Iメディカル分野では、診断用の高解像度画像を撮影するために、デジタル顕微鏡にシングルカメラシステムが組み込まれています。これらのシステムは鮮明な画像と拡大を提供し、生物学的サンプルを正確に分析することを容易にします。

産業用スキャナ

シングルカメラシステムは、産業環境で使用されるハンディ―スキャナーの一部です。リアルタイムで視覚データを撮影して処理することで、バーコードの読み取り、部品の識別、在庫管理が可能になります。

デジタルサイネージ

シングルカメラシステムは、視聴者検出、エンゲージメント追跡、ターゲットコンテンツ配信などの機能を有効にすることで、デジタル サイネージの機能を強化します。操作が簡単なため、公共スペースでの信頼性が確保されます。

マルチカメラシステムの組み込みビジョンのユースケース

スマートカート

マルチカメラシステムは、ナビゲーションとアイテム認識のための正確な視覚データを提供することで、スマート カートを強化します。複数のカメラを組み合わせることで、これらのカートは環境をマッピングし、物体を検出し、小売店や倉庫の環境で自律的に動作できるようになります。

スポーツ放送

スポーツ放送では、マルチカメラシステムにより、選手、ボールの動き、アクションのハイライトを自動的に追跡できます。これらのシステムは、さまざまな角度から同期された映像を撮影し、優れた視聴体験を提供します。

ピックアンドプレースロボット

マルチカメラシステムは、製造および物流におけるピックアンドプレースロボットにとって重要です。自動化されたワークフローで物体の検出、位置決め、処理を行うために、複数の視点からリアルタイムの視覚データを提供します。

配送ロボット

配送ロボットは、複雑な環境を移動し、障害物を回避し、荷物を安全に取り扱うために、マルチカメラ システムを活用しています。複数のカメラからの入力を組み合わせることで、これらのロボットは自律動作に必要な空間認識を実現します。

e-con Systemsは最先端のシングルカメラおよびマルチカメラソリューションを提供

2003年以来、e-con Systems®はシングルカメラソリューションを含む OEMカメラの設計、開発、製造を行ってきました。 その一方で、180度や 360度の視野を実現するためには、/a>視野を広げる必要があることを早くから認識していました。そこで,我々は広範囲のマルチカメラソリューションを開発しました。その特徴としては、高解像度、高フレームレート、高ダイナミックレンジ、低照度感度、グローバルシャッター/ローリングシャッターなどがあります。

マルチカメラソリューションの詳細

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