一、ما هو وقت كاميرات الطيران؟

كاميرات زمن الرحلة (ToF) هي نوع من تكنولوجيا استشعار العمق التي تقيس المسافة بين الكاميرا والأشياء الموجودة في المشهد باستخدام الوقت الذي يستغرقه الضوء للانتقال إلى الأشياء والعودة إلى الكاميرا. يتم استخدامها بشكل شائع في تطبيقات مختلفة مثل الواقع المعزز والروبوتات والمسح ثلاثي الأبعاد والتعرف على الإيماءات والمزيد.

كاميرات TOFتعمل عن طريق إصدار إشارة ضوئية، عادة ضوء الأشعة تحت الحمراء، وقياس الوقت الذي تستغرقه الإشارة لترتد مرة أخرى بعد الاصطدام بالأشياء في المشهد. يتم بعد ذلك استخدام قياس الوقت لحساب المسافة إلى الكائنات وإنشاء خريطة عمق أو تمثيل ثلاثي الأبعاد للمشهد.

زمن كاميرات الطيران

بالمقارنة مع تقنيات استشعار العمق الأخرى مثل الضوء المنظم أو الرؤية المجسمة، توفر كاميرات ToF العديد من المزايا. إنها توفر معلومات عميقة في الوقت الفعلي، ولها تصميم بسيط نسبيًا، ويمكن أن تعمل في ظروف الإضاءة المختلفة. تعد كاميرات ToF أيضًا مدمجة ويمكن دمجها في الأجهزة الأصغر مثل الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية والأجهزة القابلة للارتداء.

تتنوع تطبيقات كاميرات ToF. في الواقع المعزز، يمكن لكاميرات ToF اكتشاف عمق الأشياء بدقة وتحسين واقعية الكائنات الافتراضية الموضوعة في العالم الحقيقي. في مجال الروبوتات، فهي تمكن الروبوتات من إدراك محيطها والتغلب على العقبات بشكل أكثر فعالية. في المسح ثلاثي الأبعاد، يمكن لكاميرات ToF التقاط هندسة الكائنات أو البيئات بسرعة لأغراض مختلفة مثل الواقع الافتراضي أو الألعاب أو الطباعة ثلاثية الأبعاد. كما أنها تستخدم أيضًا في تطبيقات القياسات الحيوية، مثل التعرف على الوجه أو التعرف على إيماءات اليد.

ثالثا 、مكونات الزمن لكاميرات الطيران

كاميرات زمن الرحلة (ToF).تتكون من عدة مكونات رئيسية تعمل معًا لتمكين استشعار العمق وقياس المسافة. قد تختلف المكونات المحددة اعتمادًا على التصميم والشركة المصنعة، ولكن فيما يلي العناصر الأساسية الموجودة عادةً في أنظمة كاميرات ToF:

مصدر الضوء:

تستخدم كاميرات ToF مصدر ضوء لإصدار إشارة ضوئية، عادةً ما تكون على شكل ضوء الأشعة تحت الحمراء (IR). يمكن أن يكون مصدر الضوء عبارة عن LED (صمام ثنائي باعث للضوء) أو صمام ثنائي ليزر، اعتمادًا على تصميم الكاميرا. ينتقل الضوء المنبعث نحو الأشياء الموجودة في المشهد.

بصريات:

تقوم العدسة بتجميع الضوء المنعكس وتصوير البيئة على مستشعر الصورة (مصفوفة المستوى البؤري). يقوم مرشح تمرير النطاق الضوئي بتمرير الضوء بنفس الطول الموجي لوحدة الإضاءة فقط. وهذا يساعد على منع الضوء غير المناسب وتقليل الضوضاء.

مستشعر الصورة:

هذا هو قلب كاميرا TOF. يقيس كل بكسل الوقت الذي يستغرقه الضوء للانتقال من وحدة الإضاءة (ليزر أو LED) إلى الكائن والعودة إلى مصفوفة المستوى البؤري.

دوائر التوقيت:

لقياس وقت الرحلة بدقة، تحتاج الكاميرا إلى دائرة توقيت دقيقة. تتحكم هذه الدائرة في انبعاث الإشارة الضوئية وتكتشف الوقت الذي يستغرقه الضوء للانتقال إلى الأشياء والعودة إلى الكاميرا. يقوم بمزامنة عمليات الانبعاث والكشف لضمان قياسات دقيقة للمسافة.

تعديل:

بعضكاميرات TOFدمج تقنيات التعديل لتحسين دقة ومتانة قياسات المسافة. تقوم هذه الكاميرات بتعديل الإشارة الضوئية المنبعثة بنمط أو تردد محدد. يساعد التعديل على تمييز الضوء المنبعث عن مصادر الإضاءة المحيطة الأخرى ويعزز قدرة الكاميرا على التمييز بين الكائنات المختلفة في المشهد.

خوارزمية حساب العمق:

لتحويل قياسات وقت الرحلة إلى معلومات عميقة، تستخدم كاميرات ToF خوارزميات متطورة. تقوم هذه الخوارزميات بتحليل بيانات التوقيت الواردة من الكاشف الضوئي وحساب المسافة بين الكاميرا والأشياء الموجودة في المشهد. غالبًا ما تتضمن خوارزميات حساب العمق تعويض عوامل مثل سرعة انتشار الضوء، وزمن استجابة المستشعر، وتداخل الضوء المحيط.

عمق إخراج البيانات:

بمجرد إجراء حساب العمق، توفر كاميرا ToF إخراج بيانات العمق. يمكن أن يأخذ هذا الإخراج شكل خريطة عمق، أو سحابة نقطية، أو تمثيل ثلاثي الأبعاد للمشهد. يمكن استخدام بيانات العمق بواسطة التطبيقات والأنظمة لتمكين وظائف مختلفة مثل تتبع الكائنات أو الواقع المعزز أو التنقل الآلي.

من المهم ملاحظة أن التنفيذ والمكونات المحددة لكاميرات ToF يمكن أن تختلف باختلاف الشركات المصنعة والموديلات. قد تقدم التطورات في التكنولوجيا ميزات وتحسينات إضافية لتحسين أداء وقدرات أنظمة كاميرات ToF.

ثالثا: التطبيقات

تطبيقات السيارات

كاميرات وقت الرحلةتُستخدم في وظائف المساعدة والسلامة لتطبيقات السيارات المتقدمة مثل سلامة المشاة النشطة واكتشاف ما قبل الاصطدام والتطبيقات الداخلية مثل اكتشاف التواجد خارج الموضع (OOP).

تطبيق كاميرات ToF

واجهات الإنسان والآلة والألعاب

As كاميرات وقت الرحلةتوفير صور عن بعد في الوقت الحقيقي، فمن السهل تتبع تحركات البشر. وهذا يسمح بتفاعلات جديدة مع أجهزة المستهلك مثل أجهزة التلفزيون. موضوع آخر هو استخدام هذا النوع من الكاميرات للتفاعل مع الألعاب على وحدات تحكم ألعاب الفيديو. استخدم مستشعر Kinect من الجيل الثاني المضمن في الأصل مع وحدة تحكم Xbox One كاميرا وقت الرحلة لتصوير نطاقها، مما يتيح واجهات المستخدم الطبيعية والألعاب التطبيقات التي تستخدم تقنيات الرؤية الحاسوبية والتعرف على الإيماءات.

توفر Creative وIntel أيضًا نوعًا مشابهًا من كاميرا وقت الرحلة التفاعلية للألعاب، Senz3D استنادًا إلى كاميرا DepthSense 325 من Softkinetic. تعمل تقنيات Infineon وPMD على تمكين كاميرات عمق ثلاثية الأبعاد صغيرة الحجم للتحكم بالإيماءات من مسافة قريبة للأجهزة الاستهلاكية مثل أجهزة الكمبيوتر الشخصية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة المتكاملة (كاميرات Picco flexx وPicco monstar).

تطبيق كاميرات ToF في الألعاب

كاميرات الهواتف الذكية

تشتمل العديد من الهواتف الذكية على كاميرات وقت الرحلة. تُستخدم هذه بشكل أساسي لتحسين جودة الصور من خلال تزويد برنامج الكاميرا بمعلومات حول المقدمة والخلفية. وكان أول هاتف محمول يستخدم هذه التكنولوجيا هو هاتف LG G3، الذي تم إصداره في أوائل عام 2014.

تطبيق كاميرات ToF في الهواتف المحمولة

القياس ورؤية الآلة

التطبيقات الأخرى هي مهام القياس، على سبيل المثال، ارتفاع التعبئة في الصوامع. في رؤية الآلة الصناعية، تساعد كاميرا زمن الرحلة في تصنيف وتحديد موقع الأشياء التي تستخدمها الروبوتات، مثل العناصر التي تمر على ناقل. يمكن لأجهزة التحكم في الباب التمييز بسهولة بين وصول الحيوانات والبشر إلى الباب.

الروبوتات

الاستخدام الآخر لهذه الكاميرات هو مجال الروبوتات: يمكن للروبوتات المتنقلة بناء خريطة لمحيطها بسرعة كبيرة، مما يمكنها من تجنب العوائق أو متابعة شخص قيادي. وبما أن حساب المسافة بسيط، فلا يتم استخدام سوى القليل من القوة الحسابية. وبما أن هذه الكاميرات يمكن استخدامها أيضًا لقياس المسافة، فمن المعروف أن فرق مسابقة FIRST Robotics تستخدم الأجهزة في الإجراءات الروتينية المستقلة.

تضاريس الأرض

كاميرات TOFوقد تم استخدامها للحصول على نماذج الارتفاع الرقمية لتضاريس سطح الأرض، لإجراء دراسات في الجيومورفولوجيا.

تطبيق كاميرات ToF في الجيومورفولوجيا