Chì ghjè l'ora di volu di e camere ?

E camere à tempu di volu (ToF) sò un tipu di tecnulugia di rilevamentu di prufundità chì misura a distanza trà a camera è l'uggetti in a scena aduprendu u tempu chì ci vole à a luce per viaghjà versu l'uggetti è vultà à a camera. Sò cumunemente aduprate in varie applicazioni cum'è a realtà aumentata, a robotica, a scansione 3D, u ricunniscenza di gesti è assai di più.

Telecamere ToFfunzionanu emettendu un signale luminosu, tipicamente luce infrarossa, è misurendu u tempu chì ci vole à u signale per rimbalzà dopu avè colpitu l'uggetti in a scena. Sta misurazione di u tempu hè tandu aduprata per calculà a distanza à l'uggetti, creendu una mappa di prufundità o una rapprisentazione 3D di a scena.

E camere di u tempu di volu

In paragone cù altre tecnulugie di rilevamentu di prufundità cum'è a luce strutturata o a visione stereo, e camere ToF offrenu parechji vantaghji. Furniscenu informazioni di prufundità in tempu reale, anu un design relativamente simplice è ponu funziunà in diverse cundizioni di illuminazione. E camere ToF sò ancu compatte è ponu esse integrate in dispositivi più chjuchi cum'è smartphones, tablette è dispositivi indossabili.

L'applicazioni di e camere ToF sò diverse. In a realtà aumentata, e camere ToF ponu rilevà accuratamente a prufundità di l'uggetti è migliurà u realismu di l'uggetti virtuali piazzati in u mondu reale. In a robotica, permettenu à i robot di percepisce u so ambiente è di navigà l'ostaculi in modu più efficace. In a scansione 3D, e camere ToF ponu catturà rapidamente a geometria di l'uggetti o di l'ambienti per diversi scopi cum'è a realtà virtuale, i ghjochi o a stampa 3D. Sò ancu aduprate in applicazioni biometriche, cum'è u ricunniscimentu faciale o u ricunniscimentu di i gesti di a manu.

二、Cumponenti di e camere di tempu di volu

Camere à tempu di volu (ToF)custituiti da parechji cumpunenti chjave chì travaglianu inseme per permette u rilevamentu di a prufundità è a misurazione di a distanza. I cumpunenti specifichi ponu varià secondu u disignu è u fabricatore, ma eccu l'elementi fundamentali chì si trovanu tipicamente in i sistemi di càmera ToF:

Fonte di luce:

E camere ToF utilizanu una fonte luminosa per emette un signale luminosu, di solitu in forma di luce infrarossa (IR). A fonte luminosa pò esse un LED (Light-Emitting Diode) o un diodu laser, secondu u disignu di a camera. A luce emessa viaghja versu l'uggetti in a scena.

Ottica:

Una lente raccoglie a luce riflessa è trasmette l'imagine di l'ambiente nantu à u sensore d'imagine (array di u pianu focale). Un filtru passa-banda otticu lascia passà solu a luce cù a listessa lunghezza d'onda di l'unità d'illuminazione. Questu aiuta à supprimà a luce non pertinente è à riduce u rumore.

Sensore d'imagine:

Questu hè u core di a camera TOF. Ogni pixel misura u tempu chì a luce hà pigliatu per viaghjà da l'unità d'illuminazione (laser o LED) à l'ughjettu è torna à a matrice di u pianu focale.

Circuitu di timing:

Per misurà u tempu di volu cù precisione, a camera hà bisognu di circuiti di timing precisi. Stu circuitu cuntrolla l'emissione di u signale luminosu è rileva u tempu chì ci vole à a luce per viaghjà versu l'uggetti è vultà à a camera. Sincronizza i prucessi di emissione è di rilevazione per assicurà misurazioni di distanza precise.

Modulazione:

CertiTelecamere ToFIncorporanu tecniche di modulazione per migliurà a precisione è a robustezza di e misurazioni di distanza. Queste camere modulanu u signale luminosu emessu cù un mudellu o una frequenza specifica. A modulazione aiuta à distingue a luce emessa da altre fonti di luce ambientale è migliora a capacità di a camera di distingue trà diversi oggetti in a scena.

Algoritmu di Calculu di Prufundità:

Per cunvertisce e misurazioni di u tempu di volu in informazioni di prufundità, e camere ToF utilizanu algoritmi sofisticati. Quessi algoritmi analizzanu i dati di timing ricevuti da u fotodetector è calculanu a distanza trà a camera è l'uggetti in a scena. L'algoritmi di calculu di a prufundità implicanu spessu a cumpensazione di fattori cum'è a velocità di propagazione di a luce, u tempu di risposta di u sensore è l'interferenza di a luce ambientale.

Dati di prufundità in uscita:

Una volta chì u calculu di a prufundità hè statu effettuatu, a camera ToF furnisce un output di dati di prufundità. Questu output pò piglià a forma di una mappa di prufundità, una nuvola di punti, o una rappresentazione 3D di a scena. I dati di prufundità ponu esse aduprati da applicazioni è sistemi per attivà diverse funzionalità cum'è u seguimentu di l'uggetti, a realtà aumentata, o a navigazione robotica.

Hè impurtante di nutà chì l'implementazione specifica è i cumpunenti di e camere ToF ponu varià secondu i diversi fabricatori è mudelli. I progressi in a tecnulugia ponu introduce funzioni è miglioramenti supplementari per migliurà e prestazioni è e capacità di i sistemi di camere ToF.

三、Applicazioni

Applicazioni automobilistiche

Camere à tempu di volusò aduprati in funzioni di assistenza è di sicurezza per applicazioni automobilistiche avanzate cum'è a sicurezza attiva di i pedoni, a rilevazione di pre-collisione è applicazioni interne cum'è a rilevazione fora di pusizione (OOP).

L'applicazione di e camere ToF

Interfacce omu-macchina è ghjochi

As camere di tempu di volufurnisce immagini di distanza in tempu reale, hè faciule di seguità i movimenti di l'umani. Questu permette nuove interazzione cù i dispositivi di cunsumu cum'è i televisori. Un altru tema hè di utilizà stu tipu di camere per interagisce cù i ghjochi nantu à e console di videogiochi. U sensore Kinect di seconda generazione inclusu in origine cù a cunsola Xbox One utilizava una camera à tempu di volu per a so imaging di distanza, chì permette interfacce utente naturali è applicazioni di ghjocu utilizendu tecniche di visione artificiale è di ricunniscenza di gesti.

Creative è Intel furniscenu ancu un tipu simile di camera interattiva à tempu di volu per i ghjochi, a Senz3D basata annantu à a camera DepthSense 325 di Softkinetic. Infineon è PMD Technologies permettenu piccule camere di prufundità 3D integrate per u cuntrollu di gesti à corta distanza di dispositivi di cunsumu cum'è PC all-in-one è laptop (camere Picco flexx è Picco monstar).

L'applicazione di e camere ToF in i ghjochi

Camere per smartphone

Parechji smartphones includenu camere cù time-of-flight. Quesse sò aduprate principalmente per migliurà a qualità di e foto furnendu à u software di a camera informazioni nantu à u primu pianu è u fondu. U primu telefuninu mobile à impiegà una tale tecnulugia hè statu l'LG G3, publicatu à l'iniziu di u 2014.

L'applicazione di e camere ToF in i telefoni cellulari

Misurazione è visione artificiale

Altre applicazioni sò i travaglii di misurazione, per esempiu per l'altezza di riempimentu in i sili. In a visione artificiale industriale, a camera à tempu di volu aiuta à classificà è localizà l'uggetti per l'usu da i robot, cum'è l'uggetti chì passanu nantu à un trasportatore. I cuntrolli di e porte ponu distingue facilmente trà l'animali è l'umani chì ghjunghjenu à a porta.

Robotica

Un altru usu di ste camere hè u campu di a robotica: i robot mobili ponu custruisce una carta di u so ambiente assai rapidamente, chì li permette di evità ostaculi o di seguità una persona chì li guida. Siccomu u calculu di a distanza hè simplice, si usa solu poca putenza di calculu. Siccomu ste camere ponu ancu esse aduprate per misurà a distanza, e squadre di a FIRST Robotics Competition sò state cunnisciute per aduprà i dispusitivi per rutine autonome.

Topografia di a Terra

Telecamere ToFsò stati aduprati per ottene mudelli di elevazione digitale di a topografia di a superficia di a Terra, per studii in geomorfologia.

L'applicazione di e camere ToF in geomorfologia