一、 Què és el moment de les càmeres de vol?

Les càmeres de temps de vol (TOF) són un tipus de tecnologia de sensibilitat de profunditat que mesura la distància entre la càmera i els objectes de l'escena mitjançant el temps que es necessita per a la llum per viatjar als objectes i tornar a la càmera. S’utilitzen habitualment en diverses aplicacions com ara realitat augmentada, robòtica, exploració 3D, reconeixement de gestos i molt més.

Càmeres TOFTreballeu emetent un senyal de llum, normalment infrarojos i mesurant el temps que triga perquè el senyal es torni a rebotar després de colpejar objectes a l'escena. Aquesta mesura de temps s'utilitza per calcular la distància als objectes, creant un mapa de profunditat o una representació 3D de l'escena.

L’hora de les càmeres de vol

En comparació amb altres tecnologies de sensibilització de profunditat, com ara la llum estructurada o la visió estèreo, les càmeres TOF ofereixen diversos avantatges. Proporcionen informació de profunditat en temps real, tenen un disseny relativament senzill i poden funcionar en diverses condicions d’il·luminació. Les càmeres TOF també són compactes i es poden integrar en dispositius més petits com telèfons intel·ligents, tauletes i dispositius portables.

Les aplicacions de les càmeres TOF són diverses. En realitat augmentada, les càmeres TOF poden detectar amb precisió la profunditat dels objectes i millorar el realisme dels objectes virtuals situats al món real. En robòtica, permeten als robots percebre el seu entorn i navegar per obstacles de manera més eficaç. En escaneig 3D, les càmeres TOF poden capturar ràpidament la geometria d’objectes o entorns per a diversos propòsits com la realitat virtual, el joc o la impressió 3D. També s’utilitzen en aplicacions biomètriques, com ara el reconeixement facial o el reconeixement de gestos a mà.

二、Components del temps de càmeres de vol

Càmeres de temps de vol (TOF)consisteixen en diversos components clau que treballen junts per permetre la detecció de profunditat i la mesura de la distància. Els components específics poden variar segons el disseny i el fabricant, però aquí es mostren els elements fonamentals que normalment es troben en els sistemes de càmeres TOF:

Font de llum:

Les càmeres TOF utilitzen una font de llum per emetre un senyal de llum, normalment en forma de llum infraroja (IR). La font de llum pot ser un LED (díode emissor de llum) o un díode làser, depenent del disseny de la càmera. La llum emesa viatja cap als objectes de l'escena.

Òptica:

Una lent recull la llum reflectida i les imatges del medi ambient al sensor d’imatge (matriu de pla focal). Un filtre òptic de banda de banda només passa la llum amb la mateixa longitud d’ona que la unitat d’il·luminació. Això ajuda a suprimir la llum no pertinent i a reduir el soroll.

Sensor d’imatge:

Aquest és el cor de la càmera TOF. Cada píxel mesura el temps que la llum ha trigat a viatjar des de la unitat d’il·luminació (làser o LED) a l’objecte i de nou a la matriu del pla focal.

Circuit de sincronització:

Per mesurar el temps de vol amb precisió, la càmera necessita circuits de sincronització precisos. Aquest circuit controla l’emissió del senyal de llum i detecta el temps que triga a la llum per viatjar als objectes i tornar a la càmera. Sincronitza els processos d’emissió i detecció per assegurar mesures de distància precises.

Modulació:

AlgunsCàmeres TOFIncorporar tècniques de modulació per millorar la precisió i la robustesa de les mesures de distància. Aquestes càmeres modulen el senyal de llum emès amb un patró o freqüència específic. La modulació ajuda a distingir la llum emesa d’altres fonts de llum ambientals i millora la capacitat de la càmera de diferenciar diferents objectes de l’escena.

Algoritme de càlcul de profunditat:

Per convertir les mesures de temps de vol en informació de profunditat, les càmeres TOF utilitzen algoritmes sofisticats. Aquests algoritmes analitzen les dades de sincronització rebudes del fotodetector i calculen la distància entre la càmera i els objectes de l'escena. Els algoritmes de càlcul de profunditat sovint impliquen compensar factors com la velocitat de propagació de la llum, el temps de resposta del sensor i la interferència de la llum ambiental.

Sortida de dades de profunditat:

Un cop realitzat el càlcul de profunditat, la càmera TOF proporciona una sortida de dades de profunditat. Aquesta sortida pot prendre la forma d’un mapa de profunditat, un núvol de punts o una representació 3D de l’escena. Les dades de profunditat poden ser utilitzades per aplicacions i sistemes per permetre diverses funcionalitats com el seguiment d'objectes, la realitat augmentada o la navegació robòtica.

És important tenir en compte que la implementació i els components específics de les càmeres TOF poden variar entre diferents fabricants i models. Els avenços en tecnologia poden introduir funcions i millores addicionals per millorar el rendiment i les capacitats dels sistemes de càmeres TOF.

三、 Aplicacions

Aplicacions d'automoció

Càmeres de temps de vols'utilitzen en funcions d'assistència i seguretat per a aplicacions automobilístiques avançades com ara seguretat activa per a vianants, detecció de precrash i aplicacions interiors com la detecció fora de posició (OOP).

L’aplicació de càmeres TOF

Interfícies de màquines humanes i jocs

As càmeres de temps de volProporcioneu imatges a distància en temps real, és fàcil fer un seguiment dels moviments dels humans. Això permet noves interaccions amb dispositius de consum com els televisors. Un altre tema és utilitzar aquest tipus de càmeres per interactuar amb els jocs en consoles de videojocs. El sensor Kinect de segona generació inclòs originalment amb la consola Xbox One va utilitzar una càmera de temps de vol per a la seva imatge, permetent interfícies d’usuari natural i jocs Aplicacions que utilitzen tècniques de reconeixement de la visió informàtica i del gest.

Creative i Intel també proporcionen un tipus similar de càmera interactiva de temps de temps per a jocs per als jocs, el SenZ3D basat en la càmera de softkinetic de profunditat 325. Les tecnologies Infineon i PMD permeten petites càmeres de profunditat 3D integrades per a un control de gestos propers de dispositius de consum com els ordinadors i ordinadors portàtils tot en un (càmeres Picco Flexx i Picco Monstar).

L’aplicació de càmeres TOF als jocs

Càmeres de telèfons intel·ligents

Diversos telèfons intel·ligents inclouen càmeres de temps de vol. S’utilitzen principalment per millorar la qualitat de les fotos proporcionant al programari de la càmera informació sobre primer pla i fons. El primer telèfon mòbil per utilitzar aquesta tecnologia va ser el LG G3, llançat a principis del 2014.

L’aplicació de càmeres TOF als telèfons mòbils

Mesura i visió de la màquina

Altres aplicacions són tasques de mesura, per exemple, per a l’alçada d’ompliment en sitges. A la visió de la màquina industrial, la càmera de temps de vol ajuda a classificar i localitzar objectes per utilitzar-los per robots, com ara articles que passen en un transportador. Els controls de les portes poden distingir fàcilment entre animals i humans que arriben a la porta.

Robòtica

Un altre ús d’aquestes càmeres és el camp de la robòtica: els robots mòbils poden crear un mapa del seu entorn molt ràpidament, permetent -los evitar obstacles o seguir una persona líder. Com que el càlcul de distància és senzill, només s’utilitza poca potència computacional. Com que aquestes càmeres també es poden utilitzar per mesurar la distància, els equips per a la primera competició de robòtica han sabut utilitzar els dispositius per a rutines autònomes.

Topografia terrestre

Càmeres TOFS'han utilitzat per obtenir models d'elevació digital de la topografia superficial de la Terra, per a estudis en geomorfologia.

L’aplicació de càmeres TOF en geomorfologia