一、Hvad er time of flight-kameraer?

Time-of-flight-kameraer (ToF) er en type dybdefølende teknologi, der måler afstanden mellem kameraet og objekter i scenen ved at bruge den tid, det tager for lyset at rejse til objekterne og tilbage til kameraet. De bruges almindeligvis i forskellige applikationer såsom augmented reality, robotteknologi, 3D-scanning, gestusgenkendelse og mere.

ToF-kameraerarbejde ved at udsende et lyssignal, typisk infrarødt lys, og måle den tid, det tager for signalet at hoppe tilbage efter at have ramt objekter i scenen. Denne tidsmåling bruges derefter til at beregne afstanden til objekterne, skabe et dybdekort eller en 3D-repræsentation af scenen.

Tiden for flyvekameraer

Sammenlignet med andre dybdefølende teknologier som struktureret lys eller stereosyn, tilbyder ToF-kameraer flere fordele. De giver dybdeinformation i realtid, har et relativt enkelt design og kan arbejde under forskellige lysforhold. ToF-kameraer er også kompakte og kan integreres i mindre enheder som smartphones, tablets og bærbare enheder.

Anvendelserne af ToF-kameraer er forskellige. I augmented reality kan ToF-kameraer nøjagtigt registrere dybden af ​​objekter og forbedre realismen af ​​virtuelle objekter placeret i den virkelige verden. Inden for robotteknologi gør de robotter i stand til at opfatte deres omgivelser og navigere forhindringer mere effektivt. I 3D-scanning kan ToF-kameraer hurtigt fange geometrien af ​​objekter eller miljøer til forskellige formål som virtual reality, spil eller 3D-print. De bruges også i biometriske applikationer, såsom ansigtsgenkendelse eller håndbevægelsesgenkendelse.

二,Komponenter af time of flight-kameraer

Time-of-flight (ToF) kameraerbestår af flere nøglekomponenter, der arbejder sammen for at muliggøre dybdemåling og afstandsmåling. De specifikke komponenter kan variere afhængigt af design og producent, men her er de grundlæggende elementer, der typisk findes i ToF-kamerasystemer:

Lyskilde:

ToF-kameraer bruger en lyskilde til at udsende et lyssignal, normalt i form af infrarødt (IR) lys. Lyskilden kan være en LED (Light-Emitting Diode) eller en laserdiode, alt efter kameraets design. Det udsendte lys bevæger sig mod objekterne i scenen.

Optik:

En linse samler det reflekterede lys og afbilder omgivelserne på billedsensoren (focal plane array). Et optisk båndpasfilter passerer kun lyset med samme bølgelængde som belysningsenheden. Dette hjælper med at undertrykke ikke-relevant lys og reducere støj.

Billedsensor:

Dette er hjertet i TOF-kameraet. Hver pixel måler den tid, det har taget lyset at rejse fra belysningsenheden (laser eller LED) til objektet og tilbage til focal plane array.

Timing kredsløb:

For at måle flyvetiden nøjagtigt har kameraet brug for præcise timingkredsløb. Dette kredsløb styrer udsendelsen af ​​lyssignalet og registrerer den tid, det tager for lyset at rejse til objekterne og vende tilbage til kameraet. Den synkroniserer emissions- og detektionsprocesserne for at sikre nøjagtige afstandsmålinger.

Modulering:

NogleToF-kameraerindarbejde modulationsteknikker for at forbedre nøjagtigheden og robustheden af ​​afstandsmålinger. Disse kameraer modulerer det udsendte lyssignal med et bestemt mønster eller frekvens. Modulationen hjælper med at skelne det udsendte lys fra andre omgivende lyskilder og forbedrer kameraets evne til at skelne mellem forskellige objekter i scenen.

Algoritme til dybdeberegning:

For at konvertere flyvetidsmålingerne til dybdeinformation bruger ToF-kameraer sofistikerede algoritmer. Disse algoritmer analyserer timingdata modtaget fra fotodetektoren og beregner afstanden mellem kameraet og objekterne i scenen. Dybdeberegningsalgoritmerne involverer ofte kompensation for faktorer som lysudbredelseshastighed, sensorresponstid og interferens med omgivende lys.

Dybdedataoutput:

Når dybdeberegningen er udført, leverer ToF-kameraet dybdedataoutput. Dette output kan have form af et dybdekort, en punktsky eller en 3D-repræsentation af scenen. Dybdedataene kan bruges af applikationer og systemer til at muliggøre forskellige funktionaliteter som objektsporing, augmented reality eller robotnavigation.

Det er vigtigt at bemærke, at den specifikke implementering og komponenter af ToF-kameraer kan variere på tværs af forskellige producenter og modeller. Fremskridt inden for teknologi kan introducere yderligere funktioner og forbedringer for at forbedre ydeevnen og mulighederne for ToF-kamerasystemer.

三、Ansøgninger

Automotive applikationer

Time-of-flight kameraerbruges i assistance- og sikkerhedsfunktioner til avancerede automobilapplikationer såsom aktiv fodgængersikkerhed, precrash-detektion og indendørsapplikationer som out-of-position (OOP)-detektion.

Anvendelsen af ​​ToF-kameraer

Menneske-maskine-grænseflader og spil

As flyvetidskameraergive afstandsbilleder i realtid, er det nemt at spore menneskers bevægelser. Dette tillader nye interaktioner med forbrugerenheder såsom fjernsyn. Et andet emne er at bruge denne type kameraer til at interagere med spil på videospilkonsoller. Anden generations Kinect-sensor, der oprindeligt fulgte med Xbox One-konsollen, brugte et time-of-flight-kamera til dets rækkeviddebilleddannelse, hvilket muliggjorde naturlige brugergrænseflader og spil applikationer ved hjælp af computersyn og gestusgenkendelsesteknikker.

Creative og Intel leverer også en lignende type interaktiv gestus-time-of-flight-kamera til spil, Senz3D baseret på DepthSense 325-kameraet fra Softkinetic. Infineon- og PMD-teknologier muliggør små integrerede 3D-dybdekameraer til bevægelseskontrol på nært hold af forbrugerenheder som alt-i-én pc'er og bærbare computere (Picco flexx og Picco monstar-kameraer).

Anvendelsen af ​​ToF-kameraer i spil

Smartphone kameraer

Flere smartphones inkluderer flyvetidskameraer. Disse bruges hovedsageligt til at forbedre kvaliteten af ​​fotos ved at give kamerasoftwaren oplysninger om forgrund og baggrund. Den første mobiltelefon, der brugte en sådan teknologi, var LG G3, udgivet i begyndelsen af ​​2014.

Anvendelsen af ​​ToF-kameraer i mobiltelefoner

Måling og maskinsyn

Andre anvendelser er måleopgaver, fx til fyldhøjden i siloer. I industrielt maskinsyn hjælper time-of-flight-kameraet med at klassificere og lokalisere objekter til brug for robotter, såsom genstande, der passerer forbi på en transportør. Dørstyringer kan let skelne mellem dyr og mennesker, der når døren.

Robotik

En anden anvendelse af disse kameraer er inden for robotteknologi: Mobile robotter kan meget hurtigt opbygge et kort over deres omgivelser, så de kan undgå forhindringer eller følge en ledende person. Da afstandsberegningen er enkel, bruges kun lidt regnekraft. Da disse kameraer også kan bruges til at måle afstand, har hold til FIRST Robotics Competition været kendt for at bruge enhederne til autonome rutiner.

Jordens topografi

ToF-kameraerer blevet brugt til at opnå digitale højdemodeller af jordens overfladetopografi til studier i geomorfologi.

Anvendelsen af ​​ToF-kameraer i geomorfologi