一、Jaký je čas letu kamer?

Kamery s časem letu (ToF) jsou typem technologie hloubkového snímání, která měří vzdálenost mezi fotoaparátem a objekty ve scéně pomocí doby, kterou světlo potřebuje k cestě k objektům a zpět ke kameře. Běžně se používají v různých aplikacích, jako je rozšířená realita, robotika, 3D skenování, rozpoznávání gest a další.

ToF kameryfungují tak, že vydávají světelný signál, obvykle infračervené světlo, a měří čas, za který se signál odrazí po dopadu na objekty ve scéně. Toto měření času se pak používá k výpočtu vzdálenosti k objektům, vytvoření hloubkové mapy nebo 3D reprezentace scény.

Čas letových kamer

Ve srovnání s jinými technologiemi hloubkového snímání, jako je strukturované světlo nebo stereo vidění, kamery ToF nabízejí několik výhod. Poskytují informace o hloubce v reálném čase, mají relativně jednoduchý design a mohou pracovat v různých světelných podmínkách. Kamery ToF jsou také kompaktní a lze je integrovat do menších zařízení, jako jsou smartphony, tablety a nositelná zařízení.

Aplikace kamer ToF jsou rozmanité. V rozšířené realitě dokážou kamery ToF přesně detekovat hloubku objektů a zlepšit realističnost virtuálních objektů umístěných v reálném světě. V robotice umožňují robotům vnímat své okolí a efektivněji se pohybovat po překážkách. Při 3D skenování mohou kamery ToF rychle zachytit geometrii objektů nebo prostředí pro různé účely, jako je virtuální realita, hraní her nebo 3D tisk. Používají se také v biometrických aplikacích, jako je rozpoznávání obličeje nebo rozpoznávání gest rukou.

二,Komponenty časových letových kamer

Kamery s dobou letu (ToF).sestává z několika klíčových komponent, které spolupracují a umožňují snímání hloubky a měření vzdálenosti. Konkrétní součásti se mohou lišit v závislosti na designu a výrobci, ale zde jsou základní prvky, které se obvykle vyskytují v kamerových systémech ToF:

Světelný zdroj:

Kamery ToF využívají světelný zdroj k vyzařování světelného signálu, obvykle ve formě infračerveného (IR) světla. Světelným zdrojem může být LED (Light-Emitting Diode) nebo laserová dioda v závislosti na konstrukci kamery. Vyzařované světlo putuje směrem k objektům ve scéně.

Optika:

Čočka shromažďuje odražené světlo a zobrazuje okolní prostředí na obrazový snímač (pole ohniskové roviny). Optický pásmový filtr propouští světlo pouze se stejnou vlnovou délkou jako osvětlovací jednotka. To pomáhá potlačit nepatřičné světlo a snížit hluk.

Obrazový snímač:

To je srdce kamery TOF. Každý pixel měří čas, který světlo trvalo cestu z osvětlovací jednotky (laser nebo LED) k objektu a zpět do pole ohniskové roviny.

Časovací obvod:

Pro přesné měření doby letu potřebuje kamera přesné časovací obvody. Tento obvod řídí vyzařování světelného signálu a detekuje dobu, kterou světlo trvá, než se dostane k objektům a vrátí se do kamery. Synchronizuje procesy vyzařování a detekce, aby byla zajištěna přesná měření vzdálenosti.

Modulace:

NějakýToF kameryzačlenit modulační techniky pro zlepšení přesnosti a robustnosti měření vzdáleností. Tyto kamery modulují vyzařovaný světelný signál se specifickým vzorem nebo frekvencí. Modulace pomáhá odlišit vyzařované světlo od jiných zdrojů okolního světla a zlepšuje schopnost kamery rozlišovat mezi různými objekty ve scéně.

Algoritmus výpočtu hloubky:

K převodu měření doby letu na informace o hloubce využívají kamery ToF sofistikované algoritmy. Tyto algoritmy analyzují časová data přijatá z fotodetektoru a vypočítají vzdálenost mezi kamerou a objekty ve scéně. Algoritmy výpočtu hloubky často zahrnují kompenzaci faktorů, jako je rychlost šíření světla, doba odezvy senzoru a interference okolního světla.

Hloubkový výstup dat:

Jakmile je proveden výpočet hloubky, kamera ToF poskytuje výstup dat o hloubce. Tento výstup může mít podobu hloubkové mapy, mračna bodů nebo 3D reprezentace scény. Údaje o hloubce mohou používat aplikace a systémy k umožnění různých funkcí, jako je sledování objektů, rozšířená realita nebo robotická navigace.

Je důležité si uvědomit, že konkrétní implementace a součásti kamer ToF se mohou u různých výrobců a modelů lišit. Pokrok v technologii může přinést další funkce a vylepšení pro zlepšení výkonu a schopností kamerových systémů ToF.

三、Aplikace

Automobilové aplikace

Kamery s dobou letuse používají v asistenčních a bezpečnostních funkcích pro pokročilé automobilové aplikace, jako je aktivní bezpečnost chodců, detekce před srážkou a vnitřní aplikace, jako je detekce mimo polohu (OOP).

Aplikace kamer ToF

Rozhraní člověk-stroj a hraní her

As průletové kameryposkytují snímky na dálku v reálném čase, je snadné sledovat pohyby lidí. To umožňuje nové interakce se spotřebitelskými zařízeními, jako jsou televizory. Dalším tématem je použití tohoto typu kamer k interakci s hrami na videoherních konzolích. Snímač Kinect druhé generace původně dodávaný s konzolí Xbox One používal kameru s časem letu pro snímání dosahu, což umožňuje přirozené uživatelské rozhraní a hraní her. aplikace využívající techniky počítačového vidění a rozpoznávání gest.

Společnosti Creative a Intel také poskytují podobný typ interaktivní kamery s gestem pro hraní her, Senz3D založenou na kameře DepthSense 325 společnosti Softkinetic. Technologie Infineon a PMD umožňují malé integrované 3D hloubkové kamery pro ovládání gesty na blízko u spotřebitelských zařízení, jako jsou all-in-one PC a notebooky (kamery Picco flexx a Picco Monstar).

Aplikace kamer ToF ve hrách

Fotoaparáty smartphonů

Několik smartphonů obsahuje kamery pro měření času letu. Používají se hlavně ke zlepšení kvality fotografií tím, že softwaru fotoaparátu poskytují informace o popředí a pozadí. Prvním mobilním telefonem, který takovou technologii využíval, byl LG G3, uvedený na trh začátkem roku 2014.

Aplikace kamer ToF v mobilních telefonech

Měření a strojové vidění

Dalšími aplikacemi jsou měřicí úlohy, např. výška plnění v silech. V průmyslovém strojovém vidění pomáhá průletová kamera klasifikovat a lokalizovat objekty pro použití roboty, jako jsou předměty procházející kolem dopravníku. Ovládací prvky dveří dokážou snadno rozlišit mezi zvířaty a lidmi, kteří se dostanou ke dveřím.

Robotika

Dalším využitím těchto kamer je oblast robotiky: Mobilní roboti dokážou velmi rychle sestavit mapu svého okolí, což jim umožní vyhýbat se překážkám nebo následovat vedoucí osobu. Protože výpočet vzdálenosti je jednoduchý, používá se pouze malý výpočetní výkon. Vzhledem k tomu, že tyto kamery lze použít také k měření vzdálenosti, je známo, že týmy FIRST Robotics Competition používají zařízení pro autonomní rutiny.

Topografie Země

ToF kamerybyly použity k získání digitálních výškových modelů topografie zemského povrchu, pro studie v geomorfologii.

Aplikace ToF kamer v geomorfologii