Selectiegids voor 3D-zichtsensoren

May 14, 2026

Om gebruikers te helpen weloverwogen beslissingen te nemen bij de keuze tussen verschillende 3D-visiehardwareoplossingen, hebben we dit document samengesteld. Het biedt een algemene analyse van de principes, voordelen, nadelen en toepassingsscenario's van de vier meestgebruikte 3D-visiesensoren: stereovisie , gestructureerd licht , iToF en dToF.

Disclaimer: De beschrijvingen van de verschillende technologieën in dit document zijn gebaseerd op hun onderliggende principes en algemene prestatiekenmerken, en vertegenwoordigen geen specifiek product van een bepaalde fabrikant. Verschillende camerafabrikanten kunnen hun producten optimaliseren met behulp van verschillende chips, algoritmeverbeteringen of hybride benaderingen, wat kan resulteren in prestaties die afwijken van de algemene beschrijvingen die hier worden gegeven. Feedback en correcties zijn altijd welkom.

I. Stereoscopisch zicht (passief en actief)

Een passieve afstandsmeettechnologie die het dispariteitsprincipe van het menselijk oog nabootst. Deze technologie wordt onderverdeeld in passieve stereo en actieve stereo.

Working Principle

Dieptereconstructie op basis van triangulatie

Bij stereoscopische dieptereconstructie wordt triangulatie gebruikt om de afstand van het te meten object tot de camera te berekenen. Wanneer twee camera's hetzelfde object waarnemen, wordt het positieverschil van het object in de twee beelden dispariteit genoemd . Hoe dichter het object bij de camera is, hoe groter de dispariteit; hoe verder weg, hoe kleiner de dispariteit.

Gezien de bekende relatieve positie (bijvoorbeeld de afstand tussen de twee camera's), kan de afstand worden berekend met behulp van de principes van gelijkvormige driehoeken.

Vergelijking tussen passieve en actieve stereo

Aspect	Passieve stereo	Actieve stereo
Principe	Maakt uitsluitend gebruik van de natuurlijke textuur van omgevingslicht; berekent de dispariteit door middel van beeldvergelijking.	Voegt een infraroodlaserprojector (dotmatrix/speckle/lijn) toe om actief textuur te projecteren, waardoor de overeenkomst in gebieden met weinig textuur wordt verbeterd.
Voordelen	Lage kosten, laag energieverbruik, geen actieve lichtinterferentie, meerdere apparaten kunnen gelijktijdig werken.	Bruikbaar in scènes met weinig licht of zonder textuur; stabielere prestaties dan passieve stereo.
Nadelen	Vrijwel onbruikbaar op gladde oppervlakken (witte muren) of bij weinig licht.	Projectiepatronen kunnen elkaar storen wanneer meerdere apparaten samenwerken, wat tot synchronisatieproblemen kan leiden; het patroon wordt bovendien gemakkelijk overstemd door fel zonlicht, waardoor de diepteperceptie afneemt.
Typische vertegenwoordigers	Stereolabs ZED-serie, Senseno	RealSense D400-serie, Luxonis OAK-serie, Orbbec Gemini-serie

Actieve stereo is een verbeterde versie van passieve stereo. Het infrarood invullicht lost de problemen op die zich voordoen bij weinig licht en weinig textuur. Het verbetert echter niet fundamenteel problemen zoals nauwkeurigheid over lange afstand of sterke lichtinterferentie. Actieve stereo blijft last hebben van de omgekeerd-kwadraat-afname van de nauwkeurigheid die inherent is aan triangulatiemethoden. Bovendien interfereren de geprojecteerde patronen met elkaar wanneer meerdere actieve stereo-apparaten tegelijkertijd werken, wat kan leiden tot mislukte matching.

II. Gestructureerd licht

Een actieve triangulatietechniek die actief een gecodeerd patroon projecteert en direct de diepte bepaalt door middel van patroonvervorming.

Working Principle

Actieve triangulatie met gecodeerde patronen

Gestructureerd licht is een actieve triangulatiemeetmethode, die tot dezelfde bredere categorie behoort als actieve stereovisie.

De werkwijze is als volgt: een infraroodlaserprojector projecteert een gestructureerd lichtpatroon met gecodeerde informatie (zoals strepen, rasters of pseudo-willekeurige stippenpatronen) op het te observeren object. Deze patronen vervormen (bijvoorbeeld strepen buigen, stippen verschuiven) afhankelijk van de geometrie en de afstand tot het object. Een infraroodcamera legt deze vervormde patronen vast, waarna het systeem de mate van vervorming decodeert om direct de diepte-informatie voor elke pixel te berekenen.

Kernverschil met actieve stereo

Aspect	Actieve stereo	Gestructureerd licht
Diepteberekening	Berekent de ongelijkheid door overeenkomende punten in de linker- en rechterafbeelding te matchen, gebruikmakend van de correspondentie tussen de afbeeldingen.	De diepte wordt direct bepaald door patroonvervorming te decoderen; elk geprojecteerd kenmerkpunt heeft zijn eigen "identiteitslabel" en is niet afhankelijk van stereomatching.

Kernvoordelen

Een actieve lichtbron voegt textuur toe: Lost de problemen van passieve stereo op in scènes met weinig textuur en weinig licht.
Extreem hoge nauwkeurigheid op korte afstand: Kan een nauwkeurigheid van minder dan een millimeter bereiken (bijvoorbeeld de Apple Face ID-module).
Stereo-afstemming is niet nodig: Elk geprojecteerd kenmerkpunt bevat gecodeerde informatie, wat een directere berekeningsroute mogelijk maakt.

Technische beperkingen

Beperkt meetbereik: De optimale werkingsafstand ligt doorgaans tussen 0.3 en 3 meter; de nauwkeurigheid op lange afstand neemt af met het kwadraat van de afstand.
Meervoudige interferentie: Meerdere reflecties in complexe scènes kunnen fouten in de diepteberekening veroorzaken.
Interferentie van soortgelijke apparaten: Wanneer meerdere gestructureerde lichtapparaten tegelijkertijd werken, interfereren hun geprojecteerde patronen met elkaar, waardoor decodering onmogelijk wordt.
Interferentie door zonlicht: Bij fel daglicht wordt het geprojecteerde patroon gemakkelijk overstemd door omgevingslicht, waardoor de werking beperkt wordt.

Typische vertegenwoordigers

Consumentenversie van de Apple Face ID-module , Orbbec Astra-serie (voornamelijk gebruikt voor gezichtsherkenning op korte afstand, 3D-modellering, enz.).

Industriële Photoneo MotionCam-3D-serie , Mech-Mind Mech-Eye-serie, Zivid-producten

III. iToF (Indirecte tijdsmeting)

Een afstandsmeetmethode die de vluchttijd indirect berekent via het faseverschil.

Working Principle

Fasegebaseerde afstandsmeting

iToF (indirect Time-of-Flight) verzamelt energiewaarden in verschillende tijdsvensters, analyseert de verhouding tussen deze waarden en meet indirect het tijdsverschil tussen de verzonden en ontvangen signalen. Het wordt hoofdzakelijk onderverdeeld in twee modulatiemethoden:

CW-iToF (Continuous Wave): Maakt gebruik van sinusgolfmodulatie. Het faseverschil tussen de ontvangen en verzonden sinusgolven is evenredig met de afstand tot het object. De nauwkeurigheid wordt beperkt door willekeurige ruis en kwantiseringsruis. Om de nauwkeurigheid te verbeteren, wordt doorgaans gebruikgemaakt van bemonstering met een hoog vermogen en een korte integratietijd in combinatie met een hoge modulatiefrequentie.

PL-iToF (pulsmodulatie): Zendt lichtpulsen uit met informatie over amplitude en tijd. Maakt gebruik van dubbele bemonsteringstechnieken om de nauwkeurigheid te verbeteren. De berekening is eenvoudiger en vereist minder rekenkracht, maar de nauwkeurigheid is lager dan bij CW-iToF en het is gevoeliger voor achtergrondruis.

Kernvoordelen

Een volgroeide chipindustrieketen.
Goede realtime prestaties.

Technische beperkingen

Vliegende pixels: Aan de randen van objecten ontvangt een enkele pixel tegelijkertijd gereflecteerd licht van zowel de voorgrond als de achtergrond, wat resulteert in onjuiste dieptewaarden en het ontstaan van "zwevende ongeldige punten in de lucht".
Meerpadinterferentie (MPI): In realistische situaties zorgen complexe diffuse of spiegelende reflecties ervoor dat licht meerdere keren wordt weerkaatst voordat het de sensor bereikt, wat leidt tot systematisch overschatte metingen. Dit is al jaren het grootste technische obstakel voor iToF.
Hoge gevoeligheid voor zwarte objecten: Zwarte objecten absorberen veel licht en reflecteren zwakke signalen, wat leidt tot een scherpe daling van de signaal-ruisverhouding. Dieptegegevens vertonen gemakkelijk hiaten of worden ongeldig, waardoor het moeilijk is om donkergekleurde objecten stabiel te detecteren.
Ernstige interferentie tussen meerdere apparaten: Wanneer meerdere iToF-apparaten tegelijkertijd in hetzelfde gebied werken, interfereren hun gemoduleerde signalen met elkaar, wat grootschalige fouten of een volledige uitval van dieptegegevens kan veroorzaken. Dit beperkt de inzetbaarheid in scenario's met een hoge dichtheid aan apparaten.

Typische vertegenwoordigers

iToF-chipfabrikanten: Sony, Infineon, PMD.

Modulefabrikanten: Lucid Helios2-serie, SICK Visionary-T Mini, MRDVS M-serie , IFM 3D-camera's.

IV. dToF (Directe vluchttijd)

De ultieme afstandsmeetmethode die de heen- en terugreistijd van fotonen direct meet.

Working Principle

Detectie van afzonderlijke fotonen met TCSPC

dToF-technologie (direct Time-of-Flight) meet direct het tijdsverschil tussen het uitzenden en ontvangen van een lichtpuls. Vanwege veiligheidslimieten voor lasers en beperkingen in het stroomverbruik van consumentenproducten is de pulsenergie die door ToF-camera's wordt uitgezonden beperkt. Tegen de tijd dat het licht terugkeert naar de ontvanger, is de energiedichtheid met meer dan een biljoen keer afgenomen. Omgevingslicht fungeert als ruis en verstoort de signaaldetectie ernstig.

Daarom vereist dToF extreem gevoelige fotodetectoren: Single-Photon Avalanche Diodes (SPAD's) . Wanneer een SPAD in werking is, wordt deze bekrachtigd met een hoge omgekeerde spanning. Wanneer een foton wordt geabsorbeerd en omgezet in een vrij elektron, versnelt het sterke interne elektrische veld dit elektron. Dit elektron botst vervolgens met andere elektronen om meer ladingsdragers te genereren, waardoor een geometrisch versterkt lawine-effect ontstaat. Dit resulteert in een grote stroompuls en maakt detectie van individuele fotonen mogelijk.

dToF maakt gebruik van de Time-Correlated Single-Photon Counting (TCSPC) -methode om een tijdnauwkeurigheid op picosecondeniveau te bereiken. Het systeem herhaalt de emissie-detectie van hetzelfde pulssignaal duizenden tot honderdduizenden keren, verkrijgt een statistisch distributiehistogram van elke detectie, reconstrueert de curve van de lichtpulsenergie over de tijd en leidt zo de precieze vluchttijd af.

Kernvoordelen

Nauwkeurigheid van de afstand: Binnen het normale werkingsbereik neemt de fout niet significant toe met de afstand, waardoor de nauwkeurigheid op centimeterniveau behouden blijft bij middellange tot lange afstanden.
Onderdrukking van meerpadinterferentie: Het meet direct de aankomsttijd van de eerste golf, waardoor het veel minder beïnvloed wordt door meerpadreflecties dan iToF.
Laag energieverbruik en hoog rendement: Een enkele puls volstaat voor de afstandsmeting, met een extreem lage rekenbelasting en een lage latentie.
Aanpassingsvermogen aan omgevingslicht: Maakt gebruik van tijdpoorttechnologie in combinatie met smalbandfilters en nabij-infraroodlichtbronnen (typische golflengte 940 nm), waardoor effectieve dieptegegevens kunnen worden verzameld onder omstandigheden met veel omgevingslicht tot 100 kLux.
Geschikt voor samenwerking tussen meerdere apparaten: De pulstiming van verschillende apparaten kan worden gespreid (bijvoorbeeld met behulp van tijdsdeling of pulscodering), waardoor gelijktijdige werking van meerdere apparaten van nature wordt ondersteund.
Realtime prestaties: Complexe matching-algoritmes zijn niet nodig; dieptegegevens kunnen direct worden uitgevoerd, met een typische framesnelheid van 10-20 fps.

Technische uitdagingen (geleidelijk verbeterend)

SPAD Donkere Telsnelheid (DCR): Verbeterd ten opzichte van eerdere oplossingen door 3D-stapelprocessen en optimalisatie van het bluscircuit.
Fotondetectie-efficiëntie (PDE): De toepassing van BSI-technologie (backside illumination) heeft de lichtgevoeligheid verbeterd.
Integratie op de chip: Dankzij de vooruitgang in geavanceerde procestechnologieën kunnen SPAD-arrays, TDC's (Time-to-Digital Converters) en histogramalgoritmen nu op een chip worden geïntegreerd.
Relatief lage ruimtelijke resolutie: Door de fysieke afmetingen van SPAD's en de complexiteit van de telcircuits aan de achterkant (TDC's) is de resolutie over het algemeen lager dan bij iToF.