Hvad er flyvetidskameraer?

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

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

Tidspunktet for flyvekameraer

Sammenlignet med andre dybderegistreringsteknologier som struktureret lys eller stereovision tilbyder ToF-kameraer adskillige fordele. De giver dybdeinformation i realtid, har et relativt simpelt design og kan fungere 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 præcist registrere dybden af ​​objekter og forbedre realismen af ​​virtuelle objekter placeret i den virkelige verden. Inden for robotteknologi gør de det muligt for robotter at opfatte deres omgivelser og navigere i forhindringer mere effektivt. I 3D-scanning kan ToF-kameraer hurtigt indfange geometrien af ​​objekter eller miljøer til forskellige formål som virtual reality, spil eller 3D-printning. De bruges også i biometriske applikationer, såsom ansigtsgenkendelse eller håndbevægelsesgenkendelse.

二,Komponenter i flyvetidskameraer

Time-of-flight (ToF) kameraerbestår af flere nøglekomponenter, der arbejder sammen for at muliggøre dybderegistrering 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, afhængigt af kameraets design. Det udsendte lys bevæger sig mod objekterne i scenen.

Optik:

En linse samler det reflekterede lys og sender billeder af omgivelserne til billedsensoren (focal plane array). Et optisk båndpasfilter lader kun lys med samme bølgelængde som belysningsenheden passere. Dette hjælper med at undertrykke irrelevant 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 fokusplanarrayet.

Timingkredsløb:

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

Modulation:

NogleToF-kameraerinkorporerer modulationsteknikker for at forbedre nøjagtigheden og robustheden af ​​afstandsmålinger. Disse kameraer modulerer det udsendte lyssignal med et specifikt mønster eller en specifik 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.

Dybdeberegningsalgoritme:

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

Dybdedataudgang:

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 funktioner som objektsporing, augmented reality eller robotnavigation.

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

三、Ansøgninger

Automotive applikationer

Time-of-flight-kameraerbruges i assistance- og sikkerhedsfunktioner til avancerede bilapplikationer såsom aktiv fodgængersikkerhed, pre-crash detection og indendørs applikationer som out-of-position (OOP) detection.

Anvendelsen af ​​ToF-kameraer

Menneske-maskine-grænseflader og spil

As kameraer til flyvningstidVed at levere afstandsbilleder i realtid er det nemt at spore menneskers bevægelser. Dette muliggør nye interaktioner med forbrugerenheder såsom fjernsyn. Et andet emne er at bruge denne type kameraer til at interagere med spil på spillekonsoller. Anden generation af Kinect-sensoren, der oprindeligt fulgte med Xbox One-konsollen, brugte et time-of-flight-kamera til sin afstandsbilleddannelse, hvilket muliggjorde naturlige brugergrænseflader og spilapplikationer ved hjælp af computersyn og bevægelsesgenkendelsesteknikker.

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

Anvendelsen af ​​ToF-kameraer i spil

Smartphone-kameraer

Flere smartphones har time-of-flight-kameraer. Disse bruges primært til at forbedre kvaliteten af ​​fotos ved at give kamerasoftwaren information om forgrund og baggrund. Den første mobiltelefon, der anvendte sådan teknologi, var LG G3, der blev udgivet i starten af ​​2014.

Anvendelsen af ​​ToF-kameraer i mobiltelefoner

Måling og maskinsyn

Andre anvendelser er måleopgaver, f.eks. til fyldningshøjden i siloer. I industriel maskinsyn hjælper time-of-flight-kameraet med at klassificere og lokalisere objekter til brug for robotter, såsom genstande, der passerer forbi på et transportbånd. Dørstyringer kan nemt 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, hvilket gør det muligt for dem at undgå forhindringer eller følge en ledende person. Da afstandsberegningen er enkel, bruges der kun lidt computerkraft. 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 indhente digitale højdemodeller af jordens overfladetopografi til studier inden for geomorfologi.

Anvendelsen af ​​ToF-kameraer i geomorfologi