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

Les càmeres de temps de vol (ToF) són un tipus de tecnologia de detecció de profunditat que mesura la distància entre la càmera i els objectes de l'escena utilitzant el temps que triga la llum a viatjar als objectes i tornar a la càmera. S'utilitzen habitualment en diverses aplicacions com ara realitat augmentada, robòtica, escaneig 3D, reconeixement de gestos i molt més.

Càmeres ToFfuncionen emetent un senyal de llum, normalment llum infraroja, i mesurant el temps que triga el senyal a recuperar-se després de colpejar objectes de l'escena. A continuació, aquesta mesura del temps s'utilitza per calcular la distància als objectes, creant un mapa de profunditat o una representació en 3D de l'escena.

L'hora de les càmeres de vol

En comparació amb altres tecnologies de detecció de profunditat com 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 ara telèfons intel·ligents, tauletes i dispositius portàtils.

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 col·locats al món real. En robòtica, permeten als robots percebre el seu entorn i navegar pels obstacles de manera més eficaç. En l'escaneig 3D, les càmeres ToF poden capturar ràpidament la geometria d'objectes o entorns per a diversos propòsits com ara realitat virtual, jocs o impressió 3D. També s'utilitzen en aplicacions biomètriques, com ara el reconeixement facial o el reconeixement de gestos de la mà.

二、Components del temps de les càmeres de vol

Càmeres de temps de vol (ToF).consta de diversos components clau que funcionen conjuntament per permetre la detecció de profunditat i la mesura de la distància. Els components específics poden variar segons el disseny i el fabricant, però aquests són els elements fonamentals que solen trobar-se als sistemes de càmeres ToF:

Font de llum:

Les càmeres ToF utilitzen una font de llum per emetre un senyal de llum, generalment en forma de llum infraroja (IR). La font de llum pot ser un LED (Light-Emitting Diode) o un díode làser, segons el disseny de la càmera. La llum emesa viatja cap als objectes de l'escena.

Òptica:

Una lent recull la llum reflectida i representa l'entorn al sensor d'imatge (matriu de pla focal). Un filtre òptic de pas 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 reduir el soroll.

Sensor d'imatge:

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

Circuit de temporització:

Per mesurar el temps de vol amb precisió, la càmera necessita un circuit de temporització precís. Aquest circuit controla l'emissió del senyal de llum i detecta el temps que triga la llum a viatjar als objectes i tornar a la càmera. Sincronitza els processos d'emissió i detecció per garantir 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 emesa amb un patró o freqüència específics. La modulació ajuda a distingir la llum emesa d'altres fonts de llum ambiental i millora la capacitat de la càmera per diferenciar els diferents objectes de l'escena.

Algoritme de càlcul de profunditat:

Per convertir les mesures del temps de vol en informació de profunditat, les càmeres ToF utilitzen algorismes sofisticats. Aquests algorismes analitzen les dades de temporització rebudes del fotodetector i calculen la distància entre la càmera i els objectes de l'escena. Els algorismes 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 dades de profunditat. Aquesta sortida pot prendre la forma d'un mapa de profunditat, un núvol de punts o una representació en 3D de l'escena. Les aplicacions i sistemes poden utilitzar les dades de profunditat per habilitar diverses funcionalitats com el seguiment d'objectes, la realitat augmentada o la navegació robòtica.

És important tenir en compte que la implementació específica i els components de les càmeres ToF poden variar segons els diferents fabricants i models. Els avenços tecnològics 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 avançades d'automoció, com ara la seguretat activa de vianants, la detecció prèvia a l'accident i aplicacions interiors com la detecció de fora de posició (OOP).

L'aplicació de càmeres ToF

Interfícies home-màquina i jocs

As càmeres de temps de volproporcionar imatges de distància en temps real, és fàcil fer un seguiment dels moviments dels humans. Això permet noves interaccions amb dispositius de consum com ara televisors. Un altre tema és utilitzar aquest tipus de càmeres per interactuar amb jocs a les consoles de videojocs. El sensor Kinect de segona generació inclòs originalment amb la consola Xbox One utilitzava una càmera de temps de vol per a la seva imatge d'abast, permetent interfícies d'usuari i jocs naturals. aplicacions que utilitzen tècniques de visió per computador i reconeixement de gestos.

Creative i Intel també ofereixen un tipus similar de càmera de temps de vol de gest interactiu per a jocs, la Senz3D basada en la càmera DepthSense 325 de Softkinetic. Les tecnologies Infineon i PMD permeten petites càmeres de profunditat 3D integrades per al control de gestos a prop de dispositius de consum, com ara ordinadors i 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 el primer pla i el fons. El primer telèfon mòbil que va utilitzar aquesta tecnologia va ser el LG G3, llançat a principis del 2014.

L'aplicació de càmeres ToF als telèfons mòbils

Mesurament i visió artificial

Altres aplicacions són tasques de mesura, per exemple, per a l'alçada d'ompliment en sitges. En la visió artificial industrial, la càmera de temps de vol ajuda a classificar i localitzar objectes per a l'ús dels robots, com ara articles que passen en una cinta transportadora. Els controls de la porta poden distingir fàcilment entre els animals i els 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, cosa que els permet evitar obstacles o seguir una persona líder. Com que el càlcul de la distància és senzill, només s'utilitza poca potència de càlcul. Com que aquestes càmeres també es poden utilitzar per mesurar la distància, se sap que els equips de FIRST Robotics Competition utilitzen els dispositius per a rutines autònomes.

Topografia terrestre

Càmeres ToFs'han utilitzat per obtenir models digitals d'elevació de la topografia de la superfície terrestre, per a estudis de geomorfologia.

L'aplicació de càmeres ToF en geomorfologia