一、Wat is tyd van vlug kameras?

Tyd-van-vlug (ToF)-kameras is 'n tipe dieptewaarnemingstegnologie wat die afstand tussen die kamera en voorwerpe in die toneel meet deur die tyd te gebruik wat dit neem vir lig om na die voorwerpe en terug na die kamera te beweeg. Hulle word algemeen gebruik in verskeie toepassings soos verhoogde werklikheid, robotika, 3D-skandering, gebareherkenning, en meer.

ToF kameraswerk deur 'n ligsein uit te stuur, tipies infrarooi lig, en die tyd te meet wat dit neem vir die sein om terug te bons nadat hy voorwerpe in die toneel getref het. Hierdie tydmeting word dan gebruik om die afstand na die voorwerpe te bereken, wat 'n dieptekaart of 'n 3D-voorstelling van die toneel skep.

Die tyd van vlugkameras

In vergelyking met ander dieptewaarnemingstegnologieë soos gestruktureerde lig of stereovisie, bied ToF-kameras verskeie voordele. Hulle verskaf intydse diepte-inligting, het 'n relatief eenvoudige ontwerp en kan in verskillende beligtingstoestande werk. ToF-kameras is ook kompak en kan in kleiner toestelle soos slimfone, tablette en draagbare toestelle geïntegreer word.

Die toepassings van ToF-kameras is uiteenlopend. In verhoogde werklikheid kan ToF-kameras die diepte van voorwerpe akkuraat opspoor en die realisme van virtuele voorwerpe wat in die regte wêreld geplaas word, verbeter. In robotika stel dit robotte in staat om hul omgewing waar te neem en hindernisse meer effektief te navigeer. In 3D-skandering kan ToF-kameras vinnig die geometrie van voorwerpe of omgewings vasvang vir verskeie doeleindes soos virtuele realiteit, speletjies of 3D-drukwerk. Hulle word ook gebruik in biometriese toepassings, soos gesigsherkenning of handgebareherkenning.

二,Komponente van tyd van vlug kameras

Tyd-van-vlug (ToF) kamerasbestaan ​​uit verskeie sleutelkomponente wat saamwerk om dieptewaarneming en afstandmeting moontlik te maak. Die spesifieke komponente kan verskil na gelang van die ontwerp en vervaardiger, maar hier is die fundamentele elemente wat tipies in ToF-kamerastelsels voorkom:

Ligbron:

ToF-kameras gebruik 'n ligbron om 'n ligsein uit te stuur, gewoonlik in die vorm van infrarooi (IR) lig. Die ligbron kan 'n LED (Light-Emitting Diode) of 'n laserdiode wees, afhangende van die kamera se ontwerp. Die uitgestraalde lig beweeg na die voorwerpe in die toneel.

Optika:

'n Lens versamel die gereflekteerde lig en beeld die omgewing op die beeldsensor (fokusvlakskikking) af. ’n Optiese banddeurlaatfilter laat net die lig met dieselfde golflengte as die beligtingseenheid deur. Dit help om nie-pertinente lig te onderdruk en geraas te verminder.

Beeldsensor:

Dit is die hart van die TOF-kamera. Elke pixel meet die tyd wat die lig geneem het om van die beligtingseenheid (laser of LED) na die voorwerp en terug na die fokusvlakskikking te beweeg.

Tydsberekening kring:

Om die tyd van vlug akkuraat te meet, benodig die kamera presiese tydsberekeningkringe. Hierdie stroombaan beheer die uitstraal van die ligsein en bespeur die tyd wat dit neem vir die lig om na die voorwerpe te beweeg en na die kamera terug te keer. Dit sinchroniseer die emissie- en opsporingsprosesse om akkurate afstandmetings te verseker.

Modulasie:

SommigeToF kamerasmodulasietegnieke inkorporeer om die akkuraatheid en robuustheid van afstandmetings te verbeter. Hierdie kameras moduleer die uitgestraalde ligsein met 'n spesifieke patroon of frekwensie. Die modulasie help om die uitgestraalde lig van ander omringende ligbronne te onderskei en verbeter die kamera se vermoë om tussen verskillende voorwerpe in die toneel te onderskei.

Diepteberekeningsalgoritme:

Om die tyd-van-vlug-metings in diepte-inligting om te skakel, gebruik ToF-kameras gesofistikeerde algoritmes. Hierdie algoritmes ontleed die tydsberekeningsdata wat van die fotodetektor ontvang word en bereken die afstand tussen die kamera en die voorwerpe in die toneel. Die diepteberekeningsalgoritmes behels dikwels kompensasie vir faktore soos ligvoortplantingspoed, sensorresponstyd en omgewingsliginterferensie.

Diepte data-uitvoer:

Sodra die diepteberekening uitgevoer is, verskaf die ToF-kamera dieptedata-uitvoer. Hierdie uitset kan die vorm aanneem van 'n dieptekaart, 'n puntwolk of 'n 3D-voorstelling van die toneel. Die dieptedata kan deur toepassings en stelsels gebruik word om verskeie funksies soos objeknasporing, uitgebreide werklikheid of robotnavigasie moontlik te maak.

Dit is belangrik om daarop te let dat die spesifieke implementering en komponente van ToF-kameras tussen verskillende vervaardigers en modelle kan verskil. Vooruitgang in tegnologie kan bykomende kenmerke en verbeterings instel om die werkverrigting en vermoëns van ToF-kamerastelsels te verbeter.

三、 Toepassings

Motortoepassings

Tyd-van-vlug kamerasword gebruik in bystand- en veiligheidsfunksies vir gevorderde motortoepassings soos aktiewe voetgangerveiligheid, voorongelukbespeuring en binnenshuise toepassings soos buite-posisie (OOP) opsporing.

Die toepassing van ToF-kameras

Mens-masjien-koppelvlakke en speletjies

As tyd-van-vlug kamerasverskaf afstandbeelde in reële tyd, dit is maklik om bewegings van mense op te spoor. Dit laat nuwe interaksies met verbruikerstoestelle soos televisies toe. Nog 'n onderwerp is om hierdie tipe kameras te gebruik om met speletjies op videospeletjiekonsoles te kommunikeer. Die tweedegenerasie Kinect-sensor wat oorspronklik by die Xbox One-konsole ingesluit is, het 'n tyd-van-vlug-kamera gebruik vir sy reeksbeelding, wat natuurlike gebruikerskoppelvlakke en speletjies moontlik maak. toepassings wat rekenaarvisie en gebareherkenningstegnieke gebruik.

Creative en Intel bied ook 'n soortgelyke tipe interaktiewe gebare-tyd-van-vlug-kamera vir speletjies, die Senz3D gebaseer op die DepthSense 325-kamera van Softkinetic. Infineon- en PMD-tegnologieë maak klein geïntegreerde 3D-diepte-kameras moontlik vir naby-afstand-gebarebeheer van verbruikerstoestelle soos alles-in-een rekenaars en skootrekenaars (Picco flexx en Picco monstar-kameras).

Die toepassing van ToF-kameras in speletjies

Slimfoonkameras

Verskeie slimfone bevat tyd-van-vlug-kameras. Dit word hoofsaaklik gebruik om die kwaliteit van foto's te verbeter deur die kamerasagteware van inligting oor voorgrond en agtergrond te voorsien. Die eerste selfoon wat sulke tegnologie gebruik het, was die LG G3, wat vroeg in 2014 vrygestel is.

Die toepassing van ToF-kameras in selfone

Meting en masjienvisie

Ander toepassings is meettake, bv vir die vulhoogte in silo's. In industriële masjienvisie help die tyd-van-vlug-kamera om voorwerpe te klassifiseer en op te spoor vir gebruik deur robotte, soos items wat op 'n vervoerband verbygaan. Deurkontroles kan maklik onderskei tussen diere en mense wat die deur bereik.

Robotika

Nog 'n gebruik van hierdie kameras is die veld van robotika: Mobiele robotte kan baie vinnig 'n kaart van hul omgewing opbou, wat hulle in staat stel om hindernisse te vermy of 'n leidende persoon te volg. Aangesien die afstandberekening eenvoudig is, word slegs min rekenkrag gebruik. Aangesien hierdie kameras ook gebruik kan word om afstand te meet, is dit bekend dat spanne vir EERSTE Robotika-kompetisie die toestelle vir outonome roetines gebruik.

Aarde topografie

ToF kamerasis gebruik om digitale hoogtemodelle van die Aarde se oppervlaktopografie te verkry, vir studies in geomorfologie.

Die toepassing van ToF-kameras in geomorfologie