一、 Τι είναι η ώρα των κάμερων πτήσεων;

Οι κάμερες χρόνου-πτήσης (TOF) είναι ένας τύπος τεχνολογίας ανίχνευσης βάθους που μετρά την απόσταση μεταξύ της κάμερας και των αντικειμένων στη σκηνή χρησιμοποιώντας το χρόνο που χρειάζεται για να ταξιδέψει το φως στα αντικείμενα και πίσω στην κάμερα. Χρησιμοποιούνται συνήθως σε διάφορες εφαρμογές όπως η επαυξημένη πραγματικότητα, η ρομποτική, η 3D σάρωση, η αναγνώριση χειρονομίας και πολλά άλλα.

Κάμερες TOFΕργαστείτε με την εκπομπή ενός φωτός σήματος, συνήθως υπέρυθρου φωτός και μετρώντας το χρόνο που χρειάζεται για να αναπηδήσει το σήμα μετά από να χτυπήσει αντικείμενα στη σκηνή. Αυτή η χρονική μέτρηση χρησιμοποιείται στη συνέχεια για τον υπολογισμό της απόστασης από τα αντικείμενα, δημιουργώντας έναν χάρτη βάθους ή μια 3D αναπαράσταση της σκηνής.

Ο χρόνος των κάμερας πτήσης

Σε σύγκριση με άλλες τεχνολογίες ανίχνευσης βάθους όπως το δομημένο φως ή το στερεοφωνικό όραμα, οι κάμερες TOF προσφέρουν διάφορα πλεονεκτήματα. Παρέχουν πληροφορίες βάθους σε πραγματικό χρόνο, έχουν σχετικά απλό σχεδιασμό και μπορούν να λειτουργήσουν σε διάφορες συνθήκες φωτισμού. Οι κάμερες TOF είναι επίσης συμπαγείς και μπορούν να ενσωματωθούν σε μικρότερες συσκευές όπως smartphones, tablet και φορητές συσκευές.

Οι εφαρμογές των κάμερων TOF είναι ποικίλες. Στην επαυξημένη πραγματικότητα, οι κάμερες TOF μπορούν να ανιχνεύσουν με ακρίβεια το βάθος των αντικειμένων και να βελτιώσουν τον ρεαλισμό των εικονικών αντικειμένων που τοποθετούνται στον πραγματικό κόσμο. Στη ρομποτική, επιτρέπουν στα ρομπότ να αντιληφθούν το περιβάλλον τους και να περιηγηθούν πιο αποτελεσματικά τα εμπόδια. Σε 3D σάρωση, οι κάμερες TOF μπορούν γρήγορα να συλλάβουν τη γεωμετρία αντικειμένων ή περιβάλλοντος για διάφορους σκοπούς όπως εικονική πραγματικότητα, τυχερά παιχνίδια ή 3D εκτύπωση. Χρησιμοποιούνται επίσης σε βιομετρικές εφαρμογές, όπως η αναγνώριση του προσώπου ή η αναγνώριση χειροκίνησης.

二、Εξαρτήματα χρόνου κάμερας πτήσης

Κάμερες χρόνου πτήσης (TOF)Αποτελούνται από διάφορα βασικά συστατικά που συνεργάζονται για να επιτρέψουν την ανίχνευση βάθους και τη μέτρηση απόστασης. Τα συγκεκριμένα εξαρτήματα μπορεί να διαφέρουν ανάλογα με το σχεδιασμό και τον κατασκευαστή, αλλά εδώ είναι τα θεμελιώδη στοιχεία που συνήθως βρίσκονται στα συστήματα κάμερας TOF:

ΦΩΤΙΣΤΙΚΗ Πηγή:

Οι κάμερες TOF χρησιμοποιούν μια πηγή φωτός για να εκπέμπουν ένα ελαφρύ σήμα, συνήθως με τη μορφή υπέρυθρου (IR) φωτός. Η πηγή φωτός μπορεί να είναι LED (δίοδος εκπομπής φωτός) ή δίοδος λέιζερ, ανάλογα με το σχεδιασμό της κάμερας. Το εκπεμπόμενο φως ταξιδεύει προς τα αντικείμενα στη σκηνή.

Οπτική:

Ένας φακός συγκεντρώνει το ανακλώμενο φως και τις εικόνες το περιβάλλον στον αισθητήρα εικόνας (συστοιχία εστιακού επιπέδου). Ένα οπτικό φίλτρο διέλευσης ζώνης περνά μόνο το φως με το ίδιο μήκος κύματος με τη μονάδα φωτισμού. Αυτό βοηθά στην καταστολή του μη διαδεδομένου φωτός και στη μείωση του θορύβου.

Αισθητήρας εικόνας:

Αυτή είναι η καρδιά της κάμερας TOF. Κάθε εικονοστοιχείο μετράει το χρόνο που έχει πάρει το φως για να ταξιδέψει από τη μονάδα φωτισμού (λέιζερ ή LED) στο αντικείμενο και πίσω στη συστοιχία εστιακού επιπέδου.

Κυκλώματα χρονισμού:

Για να μετρηθεί με ακρίβεια το χρονικό διάστημα, η κάμερα χρειάζεται ακριβή κύκλωμα χρονισμού. Αυτό το κύκλωμα ελέγχει την εκπομπή του σήματος φωτός και ανιχνεύει το χρόνο που χρειάζεται για να ταξιδέψει το φως στα αντικείμενα και να επιστρέψει στην κάμερα. Συγχρονίζει τις διαδικασίες εκπομπής και ανίχνευσης για να εξασφαλίσει ακριβείς μετρήσεις απόστασης.

Διαμόρφωση:

ΜερικοίΚάμερες TOFΕνσωματώστε τις τεχνικές διαμόρφωσης για τη βελτίωση της ακρίβειας και της ευρωστίας των μετρήσεων απόστασης. Αυτές οι κάμερες διαμορφώνουν το σήμα εκπεμπόμενου φωτός με συγκεκριμένο μοτίβο ή συχνότητα. Η διαμόρφωση βοηθά στη διάκριση του εκπεμπόμενου φωτός από άλλες πηγές φωτός περιβάλλοντος και ενισχύει την ικανότητα της κάμερας να διαφοροποιεί μεταξύ διαφορετικών αντικειμένων στη σκηνή.

Αλγόριθμος υπολογισμού βάθους:

Για να μετατρέψετε τις μετρήσεις του χρόνου πτήσης σε πληροφορίες βάθους, οι κάμερες TOF χρησιμοποιούν εξελιγμένους αλγόριθμους. Αυτοί οι αλγόριθμοι αναλύουν τα δεδομένα χρονισμού που λαμβάνονται από τον φωτοανιχνευτή και υπολογίζουν την απόσταση μεταξύ της κάμερας και των αντικειμένων στη σκηνή. Οι αλγόριθμοι υπολογισμού βάθους συχνά περιλαμβάνουν αντιστάθμιση για παράγοντες όπως η ταχύτητα διάδοσης του φωτός, ο χρόνος απόκρισης του αισθητήρα και η παρεμβολή φωτός περιβάλλοντος.

Έξοδος δεδομένων βάθους:

Μόλις εκτελεστεί ο υπολογισμός του βάθους, η κάμερα TOF παρέχει έξοδο δεδομένων βάθους. Αυτή η έξοδος μπορεί να πάρει τη μορφή ενός χάρτη βάθους, ένα σύννεφο σημείων ή μια 3D αναπαράσταση της σκηνής. Τα δεδομένα βάθους μπορούν να χρησιμοποιηθούν από εφαρμογές και συστήματα που επιτρέπουν διάφορες λειτουργίες όπως παρακολούθηση αντικειμένων, επαυξημένη πραγματικότητα ή ρομποτική πλοήγηση.

Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι η συγκεκριμένη εφαρμογή και τα συστατικά των κάμερας TOF μπορεί να ποικίλει σε διάφορους κατασκευαστές και μοντέλα. Οι εξελίξεις στην τεχνολογία μπορούν να εισαγάγουν πρόσθετα χαρακτηριστικά και βελτιώσεις για τη βελτίωση της απόδοσης και των δυνατοτήτων των συστημάτων κάμερας TOF.

三、 Εφαρμογές

Εφαρμογές αυτοκινήτων

Κάμερες χρόνου πτήσηςΧρησιμοποιούνται σε λειτουργίες βοήθειας και ασφάλειας για εφαρμογές προηγμένων αυτοκινήτων, όπως ενεργό ασφάλεια πεζών, ανίχνευση precrash και εσωτερικές εφαρμογές όπως η ανίχνευση εκτός θέσης (OOP).

Η εφαρμογή κάμερας TOF

Διεπαφές και τυχερά παιχνίδια ανθρώπινης μηχανής

As κάμερες χρόνου πτήσηςΠαρέχετε εικόνες απόστασης σε πραγματικό χρόνο, είναι εύκολο να παρακολουθείτε τις κινήσεις των ανθρώπων. Αυτό επιτρέπει νέες αλληλεπιδράσεις με συσκευές καταναλωτών όπως οι τηλεοράσεις. Ένα άλλο θέμα είναι να χρησιμοποιήσετε αυτόν τον τύπο φωτογραφικών μηχανών για να αλληλεπιδράσετε με παιχνίδια στις κονσόλες παιχνιδιών βιντεοπαιχνιδιών. Ο αισθητήρας Kinect δεύτερης γενιάς που περιλαμβάνεται αρχικά στην κονσόλα Xbox One χρησιμοποίησε μια κάμερα χρόνου πτήσης για την απεικόνιση της εμβέλειας, επιτρέποντας φυσικές διεπαφές χρήστη και τυχερά παιχνίδια Εφαρμογές που χρησιμοποιούν τις τεχνικές αναγνώρισης υπολογιστή και χειρονομίας.

Το Creative and Intel παρέχει επίσης έναν παρόμοιο τύπο διαδραστικής κάμερας χρόνου χειρονομίας για τυχερά παιχνίδια, το Senz3D με βάση την κάμερα DepthSense 325 του Softkinetic. Οι τεχνολογίες Infineon και PMD επιτρέπουν τις μικροσκοπικές ενσωματωμένες κάμερες 3D βάθους για χειρονομία χειρονομίας στενής εμβέλειας των καταναλωτικών συσκευών, όπως οι υπολογιστές All-in-One και οι φορητοί υπολογιστές (PICCO Flexx και Picco Monstar Cameras).

Η εφαρμογή κάμερας TOF στα παιχνίδια

Κάμερες smartphone

Αρκετά smartphones περιλαμβάνουν κάμερες χρόνου πτήσης. Αυτά χρησιμοποιούνται κυρίως για τη βελτίωση της ποιότητας των φωτογραφιών παρέχοντας το λογισμικό κάμερας με πληροφορίες σχετικά με το προσκήνιο και το φόντο. Το πρώτο κινητό τηλέφωνο που χρησιμοποιεί αυτή την τεχνολογία ήταν το LG G3, που κυκλοφόρησε στις αρχές του 2014.

Η εφαρμογή κάμερας TOF σε κινητά τηλέφωνα

Μέτρηση και όραση μηχανής

Άλλες εφαρμογές είναι εργασίες μέτρησης, π.χ. για το ύψος πλήρωσης σε σιλό. Στη βιομηχανική όραση μηχανής, η κάμερα χρόνου πτήσης βοηθά στην ταξινόμηση και τον εντοπισμό αντικειμένων για χρήση από ρομπότ, όπως τα αντικείμενα που περνούν από έναν μεταφορέα. Οι έλεγχοι των θυρών μπορούν να διακρίνουν εύκολα μεταξύ των ζώων και των ανθρώπων που φτάνουν στην πόρτα.

Ρομποτική

Μια άλλη χρήση αυτών των φωτογραφικών μηχανών είναι το πεδίο της ρομποτικής: τα ρομπότ κινητών μπορούν να δημιουργήσουν έναν χάρτη του περιβάλλοντος τους πολύ γρήγορα, επιτρέποντάς τους να αποφύγουν εμπόδια ή να ακολουθήσουν ένα κορυφαίο άτομο. Καθώς ο υπολογισμός απόστασης είναι απλός, χρησιμοποιείται μόνο μικρή υπολογιστική ισχύς. Δεδομένου ότι αυτές οι κάμερες μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για τη μέτρηση της απόστασης, οι ομάδες για τον πρώτο διαγωνισμό ρομποτικής είναι γνωστό ότι χρησιμοποιούν τις συσκευές για αυτόνομες ρουτίνες.

Γήινα τοπογραφία

Κάμερες TOFέχουν χρησιμοποιηθεί για την απόκτηση ψηφιακών μοντέλων ανύψωσης της επιφανειακής τοπογραφίας της Γης, για μελέτες στη γεωμορφολογία.

Η εφαρμογή κάμερας TOF στη γεωμορφολογία