Computational sensoren zijn geavanceerde beeldsensoren die niet alleen licht registreren (zoals traditionele sensoren), maar waarbij ook rekenkracht en algoritmes geïntegreerd zijn in of rondom de sensor om het beeld al tijdens of direct na de opname te verbeteren of te manipuleren. Deze sensoren combineren hardware en software om beperkingen van conventionele optiek en sensortechnologie te compenseren of zelfs te overtreffen.
Wat houdt het in?
Een computational sensor doet meer dan alleen een signaal doorgeven de sensor interpreteert en verwerkt het lichtsignaal via algoritmes zoals AI, machine learning of signaalbewerking en combineert meerdere beelden of datasets (bijvoorbeeld bij HDR of multispectrale opname) vervolgens past het correcties of verbeteringen toe zoals ruisreductie, scherpte-aanpassing of lenscorrecties en vaak wordt er gebruikgemaakt van een “stacked sensor” met ingebouwde processorlagen of verbinding met krachtige ISP’s (Image Signal Processors).
Voorbeelden van computational sensor toepassingen
Super-resolutie sensoren
Door meerdere opnames met kleine verschuivingen (bijvoorbeeld via pixel shift) te combineren, kan een hogere effectieve resolutie worden bereikt dan de sensor fysiek aankan.
Multi-frame HDR
In plaats van één opname worden meerdere belichtingen tegelijk of snel achter elkaar genomen, en samengevoegd in de sensor of processor tot één beeld met een groter dynamisch bereik.
Depth sensing (ToF en Lidar + RGB sensorcombinatie)
Een combinatie van visuele data en dieptegegevens (bijv. bij smartphones met gezichtsherkenning of AR-toepassingen).
Plenoptische sensoren (lichtveld-camera’s)
Hierbij registreert de sensor niet alleen lichtintensiteit maar ook de invalshoek van het licht, waardoor achteraf scherpstellen mogelijk is (zoals bij Lytro-camera’s).
AI-gestuurde autofocus en scèneherkenning
In moderne camera’s (zoals in smartphones of high-end systeemcamera’s) analyseert de sensor met behulp van AI welk deel van de scène belangrijk is voor scherpstelling of belichting.
Computational zoom
Vooral bij smartphones, waar sensoren met vaste lenzen door middel van beeldverwerking een zoom-effect simuleren (vaak gecombineerd met meerdere lenzen en sensoren).
Binning en Quad Bayer sensoren
Hierbij worden pixels op slimme manieren samengevoegd of gescheiden, afhankelijk van de lichtomstandigheden. Dit gebeurt al deels op sensorniveau met ondersteuning van berekeningen.
Samengevat
Computational sensoren zijn een logische volgende stap in de evolutie van fotografie: ze combineren optica, elektronica én software om de fysieke grenzen van traditionele beeldvorming te doorbreken. Ze vormen de kern van veel moderne innovaties in camera’s, van smartphones tot professionele camera’s.
ToF en Lidar
Met de voortdurende vooruitgang van de technologie is de vraag naar nauwkeurige afstandsmetingen en ruimtelijke gegevensverzameling gestaag toegenomen. De integratie van Light Detection and Ranging (LiDAR) en Time-of-Flight (ToF) technologie heeft een nieuw tijdperk van zeer nauwkeurige gegevensverzameling ingeluid, dat op grote schaal wordt toegepast in verschillende sectoren, zoals verkeersmonitoring, geospatiale landmetingen, robotnavigatie en meer. Dit artikel onderzoekt hoe de combinatie van ToF- en LiDAR-technologieën de ontwikkeling van diverse toepassingen en hun unieke voordelen stimuleert.
Wat is TOF-technologie?
ToF-technologie (Time-of-Flight) is een techniek voor afstandsmeting die is gebaseerd op het principe van de reistijd van lichtsignalen. ToF-sensoren zenden lichtpulsen uit en meten de tijd die het signaal nodig heeft om naar het doel te reizen en terug te keren, waarna de afstand tussen de sensor en het object wordt berekend. Aangezien de snelheid van licht bekend is, kan ToF-technologie de positie van een object nauwkeurig bepalen. Deze technologie wordt vaak gebruikt voor afstandsmeting en obstakeldetectie.
Wat is LiDAR?
LiDAR (Light Detection and Ranging) is een technologie die gebruikmaakt van laserpulsen om gereflecteerde signalen uit te zenden en te ontvangen om de afstand tussen het object en de sensor te meten. Net als ToF werkt LiDAR op basis van tijdmeting om de afstand te berekenen, maar het maakt gebruik van laserstralen als signaalbron, wat een hogere precisie en sterkere penetratiecapaciteiten oplevert.
LiDAR-systemen bestaan doorgaans uit een laserzender, ontvanger, scanmechanisme en gegevensverwerkingseenheid. Wanneer de laserpuls het oppervlak van een object raakt, wordt deze teruggekaatst naar de ontvanger, die het teruggekaatste signaal detecteert en de tijd berekent die het licht nodig had om te reizen. Aan de hand van dit tijdsverschil kan de afstand tussen het object en de sensor nauwkeurig worden berekend.
Naast het leveren van nauwkeurige afstandsgegevens kan LiDAR 3D-puntenwolkgegevens genereren door continu te scannen en een groot aantal gereflecteerde signalen te verzamelen. Hierdoor kunnen onderzoekers en ingenieurs zeer gedetailleerde 3D-modellen maken, waardoor ze een beter inzicht krijgen in de structuur, kenmerken en ruimtelijke relaties van objecten of omgevingen.
De voordelen van LiDAR liggen in de hoge resolutie en precisie, en het kan onder vrijwel alle lichtomstandigheden effectief functioneren, zonder te worden beïnvloed door omgevingslicht. Bovendien heeft LiDAR een sterk doordringend vermogen, waardoor het obstakels zoals boomkruinen of weersomstandigheden zoals regen of sneeuw kan passeren, wat diepere metingen en modellering mogelijk maakt.
