一、Што такое камеры часу палёту?

Часапралётныя (ToF) камеры - гэта тып тэхналогіі зандзіравання глыбіні, якая вымярае адлегласць паміж камерай і аб'ектамі ў сцэне, выкарыстоўваючы час, неабходны святлу для праходжання да аб'ектаў і назад да камеры. Яны звычайна выкарыстоўваюцца ў розных праграмах, такіх як дапоўненая рэальнасць, робататэхніка, 3D-сканаванне, распазнаванне жэстаў і г.д.

Камеры ToFпрацаваць шляхам выпраменьвання светлавога сігналу, як правіла, інфрачырвонага святла, і вымярэння часу, які патрабуецца, каб сігнал адскочыў пасля сутыкнення з аб'ектамі ў сцэне. Гэта вымярэнне часу затым выкарыстоўваецца для вылічэння адлегласці да аб'ектаў, стварэння карты глыбіні або трохмернага адлюстравання сцэны.

Камеры часу палёту

У параўнанні з іншымі тэхналогіямі зазірання глыбіні, такімі як структураванае святло або стэрэабачанне, камеры ToF маюць некалькі пераваг. Яны забяспечваюць інфармацыю аб глыбіні ў рэжыме рэальнага часу, маюць адносна простую канструкцыю і могуць працаваць у розных умовах асвятлення. Камеры ToF таксама кампактныя і могуць быць інтэграваныя ў меншыя прылады, такія як смартфоны, планшэты і носныя прылады.

Сферы прымянення камер ToF разнастайныя. У дапоўненай рэальнасці камеры ToF могуць дакладна вызначаць глыбіню аб'ектаў і паляпшаць рэалістычнасць віртуальных аб'ектаў, размешчаных у рэальным свеце. У робататэхніцы яны дазваляюць робатам больш эфектыўна ўспрымаць наваколле і пераадольваць перашкоды. Пры 3D-сканаванні камеры ToF могуць хутка здымаць геаметрыю аб'ектаў або асяроддзя для розных мэтаў, такіх як віртуальная рэальнасць, гульні або 3D-друк. Яны таксама выкарыстоўваюцца ў біяметрычных праграмах, такіх як распазнаванне твараў або распазнаванне жэстаў.

二、Кампаненты часавых камер

Камеры часу пралёта (ToF).складаецца з некалькіх ключавых кампанентаў, якія працуюць разам, каб забяспечыць зандзіраванне глыбіні і вымярэнне адлегласці. Канкрэтныя кампаненты могуць адрознівацца ў залежнасці ад дызайну і вытворцы, але вось асноўныя элементы, якія звычайна сустракаюцца ў сістэмах камер ToF:

Крыніца святла:

Камеры ToF выкарыстоўваюць крыніцу святла для выпраменьвання светлавога сігналу, звычайна ў выглядзе інфрачырвонага (ВК) святла. Крыніцай святла можа быць святлодыёд (святловыпрамяняльны дыёд) або лазерны дыёд, у залежнасці ад канструкцыі камеры. Выпраменьванае святло рухаецца да аб'ектаў у сцэне.

Оптыка:

Аб'ектыў збірае адлюстраванае святло і адлюстроўвае навакольнае асяроддзе на датчыку выявы (кратыцы факальнай плоскасці). Аптычны паласапрапускальны фільтр прапускае толькі святло з той жа даўжынёй хвалі, што і асвятляльны блок. Гэта дапамагае падаўляць недарэчнае святло і памяншаць шум.

Датчык выявы:

Гэта сэрца камеры TOF. Кожны піксель вымярае час, які спатрэбіўся святлу для праходжання ад блока асвятлення (лазера або святлодыёда) да аб'екта і назад да рашоткі факальнай плоскасці.

Схема сінхранізацыі:

Для дакладнага вымярэння часу палёту камеры патрэбна дакладная схема сінхранізацыі. Гэтая схема кантралюе выпраменьванне светлавога сігналу і вызначае час, які патрабуецца для таго, каб святло дайшло да аб'ектаў і вярнулася ў камеру. Ён сінхранізуе працэсы выпраменьвання і выяўлення для забеспячэння дакладных вымярэнняў адлегласці.

Мадуляцыя:

НекаторыяКамеры ToFуключаць метады мадуляцыі для павышэння дакладнасці і надзейнасці вымярэнняў адлегласці. Гэтыя камеры мадулююць выпраменьваны светлавы сігнал з пэўным шаблонам або частатой. Мадуляцыя дапамагае адрозніць выпраменьванае святло ад іншых крыніц навакольнага святла і паляпшае здольнасць камеры адрозніваць розныя аб'екты ў сцэне.

Алгарытм разліку глыбіні:

Для пераўтварэння вымярэнняў часу пралёта ў інфармацыю аб глыбіні камеры ToF выкарыстоўваюць складаныя алгарытмы. Гэтыя алгарытмы аналізуюць даныя часу, атрыманыя ад фотадэтэктара, і вылічваюць адлегласць паміж камерай і аб'ектамі ў сцэне. Алгарытмы разліку глыбіні часта ўключаюць кампенсацыю такіх фактараў, як хуткасць распаўсюджвання святла, час водгуку датчыка і перашкоды навакольнага асвятлення.

Вывад дадзеных аб глыбіні:

Пасля выканання разліку глыбіні камера ToF забяспечвае вывад даных аб глыбіні. Гэты вынік можа мець форму карты глыбіні, воблака кропак або трохмернага адлюстравання сцэны. Даныя аб глыбіні могуць выкарыстоўвацца праграмамі і сістэмамі для ўключэння розных функцый, такіх як адсочванне аб'ектаў, дапоўненая рэальнасць або рабатызаваная навігацыя.

Важна адзначыць, што канкрэтная рэалізацыя і кампаненты камер ToF могуць адрознівацца ў залежнасці ад вытворцаў і мадэляў. Развіццё тэхналогій можа ўвесці дадатковыя функцыі і ўдасканаленні для павышэння прадукцыйнасці і магчымасцей сістэм камер ToF.

三、Прыкладанні

Аўтамабільныя праграмы

Часапралётныя камерывыкарыстоўваюцца ў функцыях дапамогі і бяспекі для пашыраных аўтамабільных прыкладанняў, такіх як актыўная бяспека пешаходаў, перадаварыйнае выяўленне і прымяненне ўнутры памяшканняў, напрыклад выяўленне па-за становішчам (OOP).

Прымяненне камер ToF

Чалавека-машынныя інтэрфейсы і гульні

As камеры часу палётупрадастаўляць выявы адлегласці ў рэжыме рэальнага часу, лёгка адсочваць перамяшчэнні людзей. Гэта дазваляе новыя ўзаемадзеяння з спажывецкімі прыладамі, такімі як тэлевізары. Іншая тэма - выкарыстанне гэтага тыпу камер для ўзаемадзеяння з гульнямі на гульнявых кансолях. Датчык Kinect другога пакалення, які першапачаткова ўваходзіў у камплект кансолі Xbox One, выкарыстоўваў часпралётную камеру для адлюстравання дыяпазону, забяспечваючы натуральны карыстальніцкі інтэрфейс і гульні прыкладанні, якія выкарыстоўваюць метады камп'ютэрнага зроку і распазнавання жэстаў.

Creative і Intel таксама забяспечваюць падобны тып інтэрактыўнай жэставай часпралетнай камеры для гульняў, Senz3D на аснове камеры DepthSense 325 ад Softkinetic. Infineon і PMD Technologies дазваляюць выкарыстоўваць малюсенькія інтэграваныя 3D-камеры глыбіні для кіравання жэстамі з блізкай адлегласці спажывецкіх прылад, такіх як камп'ютары і ноўтбукі "ўсё ў адным" (камеры Picco flexx і Picco monstar).

Прымяненне ToF камер у гульнях

Камеры для смартфонаў

Некалькі смартфонаў уключаюць камеры часу палёту. У асноўным яны выкарыстоўваюцца для паляпшэння якасці фатаграфій шляхам прадастаўлення праграмнаму забеспячэнню камеры інфармацыі аб пярэднім і заднім плане. Першым мабільным тэлефонам з такой тэхналогіяй стаў LG G3, выпушчаны ў пачатку 2014 года.

Прымяненне ToF камер у мабільных тэлефонах

Вымярэнне і машыннае зрок

Іншыя прыкладанні - гэта задачы вымярэння, напрыклад, вышыні запаўнення ў бункерах. У прамысловым машынным зроку часпралётная камера дапамагае класіфікаваць і вызначаць месцазнаходжанне аб'ектаў для выкарыстання робатамі, такіх як прадметы, якія праходзяць міма па канвееры. Элементы кіравання дзвярыма могуць лёгка адрозніць жывёл і людзей, якія падыходзяць да дзвярэй.

Робататэхніка

Іншае прымяненне гэтых камер - робататэхніка: мабільныя робаты могуць вельмі хутка ствараць карту наваколля, што дазваляе ім пазбягаць перашкод або ісці за чалавекам, які вядзе. Паколькі разлік адлегласці просты, выкарыстоўваецца мала вылічальнай магутнасці. Паколькі гэтыя камеры таксама можна выкарыстоўваць для вымярэння адлегласці, было вядома, што каманды для FIRST Robotics Competition выкарыстоўваюць прылады для аўтаномных працэдур.

Рэльеф Зямлі

Камеры ToFвыкарыстоўваліся для атрымання лічбавых мадэляў рэльефу зямной паверхні, для даследаванняў у геамарфалогіі.

Прымяненне ToF камер у геамарфалогіі