Memahami Teknologi Depth Camera: Fungsi, Kelebihan, dan Aplikasinya

apa itu depth camera

Jelajahi teknologi depth camera dengan memahami fungsinya, kelebihan inovatifnya, serta berbagai aplikasi praktis di industri modern, mulai dari film hingga keamanan. Dapatkan wawasan lengkap untuk memaksimalkan penggunaannya.

Pengertian Depth Camera

Depth Camera adalah perangkat khusus yang dirancang untuk menangkap dan menyediakan informasi mengenai jarak objek dalam sebuah adegan, sehingga menghasilkan pandangan tiga dimensi dari lingkungan. Ini adalah gambaran rinci tentang apa itu depth camera dan bagaimana cara kerjanya.

Depth Camera memainkan peran penting dalam memberikan mesin kemampuan untuk memahami lingkungan dalam bentuk tiga dimensi, yang memungkinkan navigasi, pengenalan objek, dan fungsionalitas lanjutan dalam berbagai aplikasi.

Jenis-Jenis Depth Camera

Depth camera dapat dikategorikan menjadi beberapa jenis, masing-masing menggunakan metode yang berbeda untuk menghitung informasi kedalaman.

Stereo Depth Cameras

Stereo vision cameras, seperti Tara dan Taraxl, menggunakan prinsip triangulasi untuk memperoleh informasi kedalaman. Baseline, atau jarak antara dua kamera, sangat penting dalam menentukan jangkauan kedalaman; misalnya, baseline 60 mm pada kamera Tara dan TaraXL memungkinkan akurasi kedalaman yang lebih baik, serupa dengan jarak antara mata manusia yang berkisar antara 50-75 mm. Resolusi kamera dan panjang fokus lensa juga berperan penting, karena resolusi yang lebih tinggi dan panjang fokus yang tepat dapat meningkatkan akurasi kedalaman, meskipun dengan beban komputasi yang lebih tinggi.

Stereo Depth Cameras beroperasi berdasarkan prinsip penglihatan binokular, mirip dengan mata manusia. Mereka menggunakan dua atau lebih kamera yang dipasang beberapa sentimeter terpisah untuk menangkap pandangan berbeda dari adegan yang sama. Perbedaan antara gambar dari kamera ini digunakan untuk menghitung kedalaman objek.

• Stereo kamera efektif di lingkungan yang kaya fitur tetapi dapat mengalami kesulitan di lingkungan tanpa fitur, seperti dinding putih polos.
• Pemrosesan data ini dilakukan dengan mencocokkan fitur-fitur di gambar kiri dan kanan dan menghitung disparitas, kemudian dikonversi menjadi kedalaman menggunakan rumus:

\[ \text{depth} = \frac{\text{baseline} \times \text{focal length}}{\text{disparity} \times \text{pixel size}} \].

Time-of-Flight (ToF) Cameras

Time-of-Flight (ToF) cameras, juga dikenal sebagai depth cameras atau 3D cameras, mengukur jarak antara kamera dan objek dengan menghitung waktu yang dibutuhkan cahaya untuk melakukan perjalanan ke objek, memantul, dan kembali ke sensor. Teknologi ini, yang dijelaskan di E-Con Systems, memanfaatkan sumber cahaya seperti VCSEL atau LED dalam spektrum near-infrared (NIR) dan dapat menyediakan akurasi hingga 1 mm hingga 1 cm, tergantung pada jangkauan operasional kamera. ToF cameras juga dapat beroperasi hingga 60 frame per detik, membuatnya sangat berguna untuk aplikasi kecepatan tinggi atau waktu nyata.

ToF Cameras mengukur kedalaman dengan memancarkan pulsa cahaya dan menghitung waktu yang dibutuhkan untuk pulsa ini memantul kembali setelah mengenai objek.

• Digunakan dalam smartphone, kendaraan otonom, dan robotika.
• Direct Time-of-Flight (dToF): Menggunakan pulsa cahaya laser inframerah dan mengukur waktu yang dibutuhkan cahaya untuk kembali.
• Indirect Time-of-Flight (iToF): Menggunakan prinsip amplitude-modulated continuous wave (AMCW), di mana kamera memproyeksikan cahaya termodulasi ke dalam adegan dan merekam pergeseran fase cahaya yang kembali untuk menghitung kedalaman.

Structured Light Cameras

Structured-light 3D scanners, seperti yang dijelaskan di Wikipedia, menggunakan teknologi yang memproyeksikan pola cahaya onto objek dan mengcapture deformasi pola tersebut dengan kamera. Teknologi ini memungkinkan reconstruksi permukaan yang presisi dengan menganalisis perpindahan pola yang diproyeksikan, yang kemudian diproses menjadi model 3D yang rinci menggunakan algoritma khusus. Structured-light scanners dapat mencapai resolusi tinggi dan kecepatan pemindaian yang cepat, membuatnya berguna di berbagai bidang seperti desain industri, kontrol kualitas, dan pengawetan warisan budaya, dengan akurasi hingga 10 mikrometer untuk planarity suatu permukaan.

Structured Light Cameras memproyeksikan pola cahaya yang diketahui (seperti garis-garis atau titik-titik) ke dalam adegan. Dengan menganalisis distorsi dalam pola ini saat dipantulkan oleh objek, kamera dapat menghitung kedalaman dan kontur objek.

• Metode ini sering melibatkan penggunaan proyektor dan kamera, dan kadang-kadang digabungkan dengan stereo camera untuk presisi ekstra.

LiDAR (Light Detection and Ranging) Cameras

Lidar, atau Light Detection and Ranging, adalah sebuah teknologi depth camera yang menggunakan laser untuk mengukur jarak dengan memantulkan cahaya dan mengukur waktu perjalanan pulsa cahaya tersebut. Pada perangkat seperti iPhone 12 Pro dan iPad Pro, lidar sensor dapat mengirimkan gelombang pulsa cahaya infrared dan mengukur setiap satu dengan sensor, menciptakan bidang titik yang memetakan jarak dan dimensi ruang serta objek di dalamnya, dengan jangkauan hingga 5 meter.

LiDAR Cameras menggunakan sinar laser untuk mengukur jarak. Teknologi ini sangat akurat dan banyak digunakan dalam kendaraan otonom serta aplikasi lain yang membutuhkan presisi tinggi dan kemampuan jangkauan panjang.

• LiDAR sangat berguna untuk tugas-tugas yang membutuhkan akurasi tinggi pada jarak yang jauh, seperti pemetaan kota atau navigasi robot dalam ruang terbuka besar.

Prinsip Kerja

Perhitungan Kedalaman

Depth cameras menghitung kedalaman menggunakan beberapa teknologi, termasuk Time-of-Flight (ToF), Structured Light, dan stereo vision. Pada ToF, kedalaman dihitung dengan memancarkan pulsa cahaya dan mengukur waktu yang dibutuhkan cahaya untuk kembali setelah mengenai objek, memungkinkan akurasi kedalaman hingga 1 mm hingga 1 cm tergantung pada jangkauan operasional kamera.

Setiap jenis depth camera memiliki metode khas untuk menghitung kedalaman:

• Stereo Cameras: Hitung kedalaman dari disparitas antara titik-titik kunci yang cocok di gambar kiri dan kanan.
• ToF Cameras: Ukur kedalaman berdasarkan waktu yang dibutuhkan pulsa cahaya untuk kembali setelah memukul objek.
• Structured Light Cameras: Hitung kedalaman dari distorsi pola cahaya yang diproyeksikan.
• LiDAR Cameras: Ukur kedalaman menggunakan sinar laser dan prinsip waktu-tempu (time-of-flight).

Output Data

Depth camera, seperti Intel® RealSense™ Depth Camera D435if, menghasilkan output data yang mencakup informasi kedalaman dan warna. Kamera ini menggunakan stereo vision untuk menghitung kedalaman, dengan resolusi output kedalaman hingga 1280 x 720 dan frame rate hingga 90 fps. Selain itu, kamera ini juga dapat menghasilkan gambar RGB dengan resolusi 1920 x 1080 dan frame rate 30 fps. Akurasi kedalaman kamera ini adalah kurang dari 2% pada jarak 2 meter, membuatnya sangat akurat dalam mengukur jarak objek dari kamera.

Depth camera menghasilkan informasi kedalaman dalam bentuk peta kedalaman, di mana setiap piksel mengkode nilai jarak. Data ini dapat digunakan dalam berbagai aplikasi untuk memberikan pemahaman 3D tentang lingkungan.

Aplikasi Depth Cameras

Depth camera sangat penting dalam berbagai bidang karena kemampuannya memberikan informasi 3D yang akurat:

• Robotika: Untuk navigasi, deteksi rintangan, dan pengenalan objek.
• Inspeksi dan Pemantauan: Untuk menilai kualitas produk, mendeteksi cacat, dan memastikan pengukuran yang akurat.
• Kendaraan Otonom: Untuk navigasi dan deteksi rintangan dengan presisi tinggi.
• Vision-Guided Robotics: Memungkinkan robot mengambil dan meletakkan objek dengan tepat.
• Otentikasi Biometrik dan Keamanan: Dalam aplikasi seperti pengenalan wajah dan sistem keamanan.

Dengan kemampuan seperti ini, depth camera memperluas batasan tradisional dari kamera biasa. Hal ini menciptakan peluang baru dalam pengembangan teknologi lanjut dalam bidang teknis dan komersial.

Kemampuan Utama dan Keterbatasan

Secara keseluruhan, depth camera merupakan alat esensial untuk memberikan mesin pemahaman tiga dimensi tentang lingkungannya, memungkinkan navigasi presisi, pengenalan objek, dan fungsionalitas lanjutan dalam berbagai aplikasi teknologi.