一、Quale hè u tempu di e camere di volu?

E camere di u tempu di volu (ToF) sò un tipu di tecnulugia di sensazione di a prufundità chì misura a distanza trà a camera è l'uggetti in a scena utilizendu u tempu chì ci vole à a luce per viaghjà à l'uggetti è torna à a camera. Sò cumunimenti usati in diverse applicazioni cum'è a realtà aumentata, a robotica, a scanning 3D, u ricunniscenza di gestu, è più.

Camera ToFtravaglià emettendu un signalu luminoso, tipicamente luce infrarossa, è misurà u tempu chì ci vole à u signale per rimbursà dopu à chjappà l'uggetti in a scena. Questa misurazione di u tempu hè allora aduprata per calculà a distanza à l'uggetti, creendu una mappa di prufundità o una rapprisintazioni 3D di a scena.

U tempu di càmera di volu

In cunfrontu cù altre tecnulugii di sensazione di a prufundità cum'è a luce strutturata o a visione stereo, e camere ToF offrenu parechji vantaghji. Forniscenu infurmazione di prufundità in tempu reale, anu un disignu relativamente simplice, è ponu travaglià in diverse cundizioni di illuminazione. E fotocamere ToF sò ancu compatte è ponu esse integrate in i dispositi più chjuchi cum'è smartphones, tablette è dispositivi portabili.

L'applicazioni di e camere ToF sò diverse. In a realtà aumentata, e camere ToF ponu detectà accuratamente a prufundità di l'uggetti è migliurà u realisimu di l'uggetti virtuali posti in u mondu reale. In a robotica, permettenu à i robot di percepisce u so circondu 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 l'ambienti per diversi scopi cum'è a realtà virtuale, i ghjoculi o a stampa 3D. Sò ancu usati in applicazioni biometriche, cum'è ricunniscenza faciale o ricunniscenza di gestu di manu.

二、Cumpunenti di u tempu di càmera di volu

Camera à tempu di volu (ToF).custituitu di parechji cumpunenti chjave chì travaglianu inseme per attivà a sensazione di a prufundità è a misurazione di distanza. I cumpunenti specifichi ponu varià secondu u disignu è u fabricatore, ma quì sò l'elementi fundamentali chì sò tipicamente truvati in i sistemi di càmera ToF:

Fonte di luce:

E camere ToF utilizanu una fonte di luce per emette un signalu luminoso, generalmente in forma di luce infrared (IR). A fonte di luce 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 riunisce a luce riflessa è l'imaghjini di l'ambiente nantu à u sensoru di l'imaghjini (array di pianu focale). Un filtru passa-banda otticu passa solu a luce cù a stessa lunghezza d'onda chì l'unità di illuminazione. Questu aiuta à suppressione a luce non pertinente è riduce u rumore.

Sensore d'imaghjini:

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

Circuitu di timing:

Per misurà u tempu di volu cù precisione, a camera hà bisognu di un circuitu di timing precisu. Stu circuitu cuntrolla l'emissione di u signale luminoso è detecta u tempu chì ci vole à a luce per viaghjà à l'uggetti è torna à a camera. Sincronizza i prucessi di emissione è di rilevazione per assicurà e misurazioni precise di distanza.

Modulazione:

CertiCamera ToFincorpore tecniche di modulazione per migliurà a precisione è a robustezza di e misure di distanza. Queste camere modulanu u signale luminoso emessu cù un mudellu o frequenza specifica. A modulazione aiuta à distingue a luce emessa da altre fonti di luce ambientale è aumenta a capacità di a camera per diferenze trà i diversi oggetti in a scena.

Algoritmu di calculu di prufundità:

Per cunvertisce e misurazioni di u tempu di volu in infurmazione di prufundità, e camere ToF utilizanu algoritmi sofisticati. Questi algoritmi analizanu i dati di timing ricevuti da u fotodetettore è calculanu a distanza trà a camera è l'uggetti in a scena. L'algoritmi di calculu di a prufundità spessu implicanu a compensazione di fatturi cum'è a velocità di propagazione di a luce, u tempu di risposta di u sensoru è l'interferenza di a luce ambientale.

Dati di prufundità di output:

Una volta chì u calculu di a prufundità hè realizatu, a camera ToF furnisce un output di dati di prufundità. Questa 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 l'applicazioni è i sistemi per attivà diverse funziunalità 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 in diversi fabricatori è mudelli. L'avanzamenti in a tecnulugia ponu introduce funzioni supplementari è miglioramenti per migliurà u rendiment è e capacità di i sistemi di càmera ToF.

三、Applicazioni

Applicazioni di l'automobile

Camera di tempu di volusò usati in funzioni d'assistenza è di sicurità per l'applicazioni automobilistiche avanzate cum'è a sicurità attiva di i pedoni, a rilevazione di precrash è l'applicazioni interni cum'è a rilevazione di fora di pusizione (OOP).

L'applicazione di e camere ToF

Interfacce umani-macchina è ghjoculi

As camere di tempu di volufurnisce l'imaghjini di distanza in tempu reale, hè faciule per seguità i movimenti di l'omu. Questu permette novi interazzione cù i dispositi di u cunsumu cum'è i televisori. Un altru tema hè di utilizà stu tipu di càmera per interagisce cù i ghjoculi nantu à cunsole di video games. U sensor Kinect di seconda generazione inclusu originariamente cù a cunsola Xbox One hà utilizatu una camera di tempu di volu per a so imaginazione di gamma, chì permette interfacce d'utilizatori naturali è ghjoculi. applicazioni chì utilizanu tecniche di visione di l'urdinatore è di ricunniscenza di gestu.

Creative è Intel furniscenu ancu un tipu simili di camera di u tempu di volu di u gestu interattivu per u ghjocu, u Senz3D basatu annantu à a camera DepthSense 325 di Softkinetic. Infineon è PMD Technologies permettenu di minicamere di prufundità 3D integrate per u cuntrollu di gestu ravvicinatu di i dispositi di cunsumatori cum'è PC è laptop all-in-one (camere Picco flexx è Picco monstar).

L'applicazione di e camere ToF in i ghjochi

Camera di smartphone

Diversi smartphones includenu càmera di tempu di volu. Quessi sò principarmenti usati per migliurà a qualità di e foto fornendu u software di càmera cù infurmazioni nantu à u primu pianu è u fondu. U primu telefuninu chì hà impiegatu una tale tecnulugia era u LG G3, liberatu à principiu di 2014.

L'applicazione di e fotocamere ToF in i telefoni mobili

Misurazione è visione macchina

Altre applicazioni sò e funzioni di misurazione, per esempiu per l'altezza di riempimentu in silos. In a visione industriale di a macchina, a camera di tempu di volu aiuta à classificà è localizà l'uggetti per l'usu da i robots, cum'è l'articuli chì passanu nantu à un trasportatore. I cuntrolli di a porta ponu distingue facilmente trà l'animali è l'omu chì ghjunghjenu à a porta.

A robotica

Un altru usu di queste camere hè u campu di a robotica: i robot mobili ponu custruisce una mappa di u so circondu assai rapidamente, chì li permette di evità ostaculi o di seguità una persona di punta. Siccomu u calculu di a distanza hè simplice, solu una putenza di calculu pocu hè aduprata. Siccomu queste camere ponu ancu esse aduprate per misurà a distanza, e squadre per a FIRST Robotics Competition sò cunnisciute per aduprà i dispositi per rutine autonome.

Topografia di a terra

Camera ToFsò stati usati 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