Šta su kamere za mjerenje vremena leta?

Kamere s mjerenjem vremena leta (ToF) su vrsta tehnologije dubinskog očitavanja koja mjeri udaljenost između kamere i objekata u sceni koristeći vrijeme potrebno da svjetlost putuje do objekata i nazad do kamere. Obično se koriste u raznim primjenama kao što su proširena stvarnost, robotika, 3D skeniranje, prepoznavanje gestikulacije i drugo.

ToF kamereFunkcionišu emitovanjem svjetlosnog signala, obično infracrvenog svjetla, i mjerenjem vremena potrebnog da se signal odbije nakon što pogodi objekte u sceni. Ovo mjerenje vremena se zatim koristi za izračunavanje udaljenosti do objekata, kreirajući mapu dubine ili 3D prikaz scene.

Kamere za mjerenje vremena leta

U poređenju s drugim tehnologijama za detekciju dubine poput strukturiranog svjetla ili stereo vida, ToF kamere nude nekoliko prednosti. Pružaju informacije o dubini u stvarnom vremenu, imaju relativno jednostavan dizajn i mogu raditi u različitim uvjetima osvjetljenja. ToF kamere su također kompaktne i mogu se integrirati u manje uređaje poput pametnih telefona, tableta i nosivih uređaja.

Primjene ToF kamera su raznolike. U proširenoj stvarnosti, ToF kamere mogu precizno detektovati dubinu objekata i poboljšati realizam virtuelnih objekata postavljenih u stvarnom svijetu. U robotici, one omogućavaju robotima da percipiraju svoju okolinu i efikasnije savladavaju prepreke. U 3D skeniranju, ToF kamere mogu brzo snimiti geometriju objekata ili okruženja u različite svrhe poput virtuelne stvarnosti, igara ili 3D štampanja. Također se koriste u biometrijskim aplikacijama, kao što su prepoznavanje lica ili gestikulacije ruku.

二、Komponente kamera za mjerenje vremena leta

Kamere za mjerenje vremena leta (ToF)sastoje se od nekoliko ključnih komponenti koje rade zajedno kako bi omogućile detekciju dubine i mjerenje udaljenosti. Specifične komponente mogu varirati ovisno o dizajnu i proizvođaču, ali evo osnovnih elemenata koji se obično nalaze u ToF sistemima kamera:

Izvor svjetlosti:

ToF kamere koriste izvor svjetlosti za emitovanje svjetlosnog signala, obično u obliku infracrvenog (IR) svjetla. Izvor svjetlosti može biti LED (svjetleća dioda) ili laserska dioda, ovisno o dizajnu kamere. Emitirana svjetlost putuje prema objektima u sceni.

Optika:

Sočivo sakuplja reflektovanu svjetlost i snima okolinu na senzor slike (niz žarišne ravni). Optički propusnik propušta samo svjetlost iste talasne dužine kao i jedinica za osvjetljavanje. Ovo pomaže u suzbijanju neželjene svjetlosti i smanjenju šuma.

Senzor slike:

Ovo je srce TOF kamere. Svaki piksel mjeri vrijeme koje je svjetlosti potrebno da putuje od jedinice za osvjetljavanje (lasera ili LED diode) do objekta i nazad do niza žarišne ravni.

Vremenski sklop:

Da bi se precizno izmjerilo vrijeme leta, kameri je potrebno precizno kolo za mjerenje vremena. Ovo kolo kontrolira emisiju svjetlosnog signala i detektira vrijeme potrebno da svjetlost stigne do objekata i vrati se u kameru. Sinhronizira procese emisije i detekcije kako bi se osigurala precizna mjerenja udaljenosti.

Modulacija:

NekiToF kamereuključuju tehnike modulacije za poboljšanje tačnosti i robusnosti mjerenja udaljenosti. Ove kamere moduliraju emitovani svjetlosni signal određenim uzorkom ili frekvencijom. Modulacija pomaže u razlikovanju emitovane svjetlosti od drugih izvora ambijentalne svjetlosti i poboljšava sposobnost kamere da razlikuje različite objekte u sceni.

Algoritam za izračunavanje dubine:

Da bi pretvorile mjerenja vremena leta u informacije o dubini, ToF kamere koriste sofisticirane algoritme. Ovi algoritmi analiziraju podatke o vremenu primljene od fotodetektora i izračunavaju udaljenost između kamere i objekata u sceni. Algoritmi za izračunavanje dubine često uključuju kompenzaciju faktora poput brzine širenja svjetlosti, vremena odziva senzora i interferencije ambijentalnog svjetla.

Izlaz podataka o dubini:

Nakon što se izvrši proračun dubine, ToF kamera pruža izlazne podatke o dubini. Ovaj izlaz može biti u obliku mape dubine, oblaka tačaka ili 3D prikaza scene. Podaci o dubini mogu se koristiti u aplikacijama i sistemima za omogućavanje različitih funkcionalnosti poput praćenja objekata, proširene stvarnosti ili robotske navigacije.

Važno je napomenuti da se specifična implementacija i komponente ToF kamera mogu razlikovati ovisno o proizvođaču i modelu. Napredak u tehnologiji može uvesti dodatne funkcije i poboljšanja za poboljšanje performansi i mogućnosti ToF sistema kamera.

三、Aplikacije

Automobilske primjene

Kamere za mjerenje vremena letakoriste se u funkcijama pomoći i sigurnosti za napredne automobilske aplikacije kao što su aktivna sigurnost pješaka, detekcija prije sudara i aplikacije u zatvorenom prostoru poput detekcije van položaja (OOP).

Primjena ToF kamera

Interfejsi čovjek-mašina i igranje igara

As kamere za mjerenje vremena letaPružaju slike udaljenosti u stvarnom vremenu, lako je pratiti kretanje ljudi. Ovo omogućava nove interakcije s potrošačkim uređajima poput televizora. Druga tema je korištenje ove vrste kamera za interakciju s igrama na konzolama za videoigre. Kinect senzor druge generacije, prvobitno uključen u konzolu Xbox One, koristio je kameru za mjerenje vremena leta za snimanje udaljenosti, omogućavajući prirodne korisničke interfejse i aplikacije za igre koristeći tehnike računalnog vida i prepoznavanja gestikulacije.

Creative i Intel također nude sličnu vrstu interaktivne kamere za igranje igara koja mjeri vrijeme leta gestikulacije, Senz3D, zasnovanu na DepthSense 325 kameri kompanije Softkinetic. Infineon i PMD Technologies omogućavaju male integrirane 3D dubinske kamere za kontrolu gestikulacije iz blizine na potrošačkim uređajima poput all-in-one računara i laptopa (kamere Picco flexx i Picco monstar).

Primjena ToF kamera u igrama

Kamere pametnih telefona

Nekoliko pametnih telefona uključuje kamere koje mjere vrijeme leta. One se uglavnom koriste za poboljšanje kvalitete fotografija pružanjem informacija o prednjem planu i pozadini softveru kamere. Prvi mobilni telefon koji je koristio takvu tehnologiju bio je LG G3, objavljen početkom 2014. godine.

Primjena ToF kamera u mobilnim telefonima

Mjerenje i mašinski vid

Druge primjene su zadaci mjerenja, npr. za visinu punjenja u silosima. U industrijskom mašinskom vidu, kamera koja mjeri vrijeme leta pomaže u klasifikaciji i lociranju objekata koje koriste roboti, kao što su predmeti koji prolaze na transporteru. Kontrole vrata mogu lako razlikovati životinje od ljudi koji prilaze vratima.

Robotika

Druga upotreba ovih kamera je područje robotike: Mobilni roboti mogu vrlo brzo izgraditi mapu svoje okoline, što im omogućava da izbjegnu prepreke ili prate osobu koja ih vodi. Budući da je proračun udaljenosti jednostavan, koristi se samo malo računarske snage. Budući da se ove kamere mogu koristiti i za mjerenje udaljenosti, timovi za FIRST Robotics Competition poznati su po tome što koriste uređaje za autonomne rutine.

Topografija Zemlje

ToF kamerekorišteni su za dobijanje digitalnih modela elevacije Zemljine površinske topografije, za studije iz geomorfologije.

Primjena ToF kamera u geomorfologiji