一、Kio estas la tempo de flugfotiloj?

Tempo-de-flugo (ToF) fotiloj estas speco de profund-sensa teknologio kiu mezuras la distancon inter la fotilo kaj objektoj en la sceno uzante la tempon necesas por lumo por vojaĝi al la objektoj kaj reen al la fotilo. Ili estas ofte uzataj en diversaj aplikoj kiel pliigita realeco, robotiko, 3D-skanado, gestrekono kaj pli.

ToF fotilojlaboro elsendante lumsignalon, tipe infraruĝan lumon, kaj mezurante la tempon necesan por la signalo por resalti post trafado de objektoj en la sceno. Tiu tempomezurado tiam estas uzita por kalkuli la distancon al la objektoj, kreante profundmapon aŭ 3D reprezentadon de la sceno.

La tempo de flugfotiloj

Kompare kun aliaj profundsensantaj teknologioj kiel strukturita lumo aŭ stereovidado, ToF-fotiloj ofertas plurajn avantaĝojn. Ili provizas realtempajn profundinformojn, havas relative simplan dezajnon kaj povas funkcii en diversaj lumkondiĉoj. ToF-fotiloj ankaŭ estas kompaktaj kaj povas esti integritaj al pli malgrandaj aparatoj kiel inteligentaj telefonoj, tabeloj kaj porteblaj aparatoj.

La aplikoj de ToF-fotiloj estas diversaj. En pliigita realeco, ToF-fotiloj povas precize detekti la profundon de objektoj kaj plibonigi la realismon de virtualaj objektoj metitaj en la realan mondon. En robotiko, ili ebligas al robotoj percepti sian ĉirkaŭaĵon kaj navigi obstaklojn pli efike. En 3D-skanado, ToF-fotiloj povas rapide kapti la geometrion de objektoj aŭ medioj por diversaj celoj kiel virtuala realeco, videoludado aŭ 3D-presado. Ili ankaŭ estas uzitaj en biometrikaj aplikoj, kiel ekzemple vizaĝrekono aŭ mangesta rekono.

二、Komponentoj de tempo de flugfotiloj

Tempo-de-flugo (ToF) fotilojkonsistas el pluraj ŝlosilaj komponentoj, kiuj funkcias kune por ebligi profundsensadon kaj distancmezuradon. La specifaj komponentoj povas varii depende de la dezajno kaj fabrikanto, sed jen la fundamentaj elementoj kutime trovitaj en ToF-fotilsistemoj:

Lumfonto:

ToF-fotiloj uzas lumfonton por elsendi lumsignalon, kutime en la formo de infraruĝa (IR) lumo. La lumfonto povas esti LED (Light-Emitting Diode) aŭ lasera diodo, depende de la dezajno de la fotilo. La elsendita lumo vojaĝas al la objektoj en la sceno.

Optiko:

Lenso kolektas la reflektitan lumon kaj bildigas la medion sur la bildsensilo (fokusa ebena tabelo). Optika bend-pasa filtrilo nur pasas la lumon kun la sama ondolongo kiel la lumunuo. Ĉi tio helpas subpremi netrafa lumon kaj redukti bruon.

Bildsensilo:

Ĉi tio estas la koro de la TOF-fotilo. Ĉiu pikselo mezuras la tempon, kiun la lumo prenis por vojaĝi de la lumunuo (lasero aŭ LED) al la objekto kaj reen al la fokusa ebena tabelo.

Tempocirkvito:

Por mezuri la tempon de flugo precize, la fotilo bezonas precizan tempan cirkuladon. Ĉi tiu cirkulado kontrolas la emision de la lumsignalo kaj detektas la tempon necesan por la lumo vojaĝi al la objektoj kaj reveni al la fotilo. Ĝi sinkronigas la emisio- kaj detektajn procezojn por certigi precizajn distancmezuradon.

Modulado:

IujToF fotilojkorpigi moduladteknikojn por plibonigi la precizecon kaj fortikecon de distancmezuradoj. Tiuj fotiloj modulas la elsenditan lumsignalon kun specifa padrono aŭ frekvenco. La modulado helpas distingi la elsenditan lumon de aliaj ĉirkaŭaj lumfontoj kaj plibonigas la kapablon de la fotilo diferenciĝi inter malsamaj objektoj en la sceno.

Profundeca Kalkula Algoritmo:

Por konverti la mezuradojn de la tempo-de-flugo en profundinformojn, ToF-fotiloj utiligas kompleksajn algoritmojn. Tiuj algoritmoj analizas la tempigdatenojn ricevitajn de la fotodetektilo kaj kalkulas la distancon inter la fotilo kaj la objektoj en la sceno. La profundkalkulalgoritmoj ofte implikas kompensi por faktoroj kiel lumdisvastigorapideco, sensila respondtempo, kaj ĉirkaŭluminterfero.

Eligo de Profundeco:

Post kiam la profundkalkulo estas farita, la ToF-fotilo disponigas profundecan datuman eligon. Ĉi tiu eligo povas preni la formon de profundmapo, punktonubo aŭ 3D reprezentado de la sceno. La profunddatenoj povas esti uzataj de aplikoj kaj sistemoj por ebligi diversajn funkciojn kiel objektan spuradon, pliigitan realecon aŭ robotan navigadon.

Gravas noti, ke la specifa efektivigo kaj komponantoj de ToF-fotiloj povas varii laŭ malsamaj produktantoj kaj modeloj. Progresoj en teknologio povas enkonduki pliajn funkciojn kaj plibonigojn por plibonigi la efikecon kaj kapablojn de ToF-fotilsistemoj.

三、Aplikoj

Aŭtomobilaj aplikoj

Tempo-de-fluga fotilojestas uzataj en asistado kaj sekurecaj funkcioj por altnivelaj aŭtomobilaj aplikoj kiel aktiva piediranta sekureco, antaŭkraŝa detekto kaj endomaj aplikoj kiel eksterpozicio (OOP) detekto.

La apliko de ToF-fotiloj

Hom-maŝinaj interfacoj kaj videoludado

As tempo-de-flugo fotilojprovizi distancbildojn en reala tempo, estas facile spuri movojn de homoj. Ĉi tio permesas novajn interagojn kun konsumantaj aparatoj kiel televidiloj. Alia temo estas uzi ĉi tiun tipon de fotiloj por interagi kun ludoj sur videoludaj konzoloj. La duageneracia Kinect-sensilo origine inkluzivita kun la Xbox One-konzolo uzis tempan flugfotilon por sia intervalbildado, ebligante naturajn uzantinterfacojn kaj videoludadon. aplikoj uzante komputilan vidadon kaj gestrekonajn teknikojn.

Creative kaj Intel ankaŭ disponigas similan specon de interaga gesta tempo-de-fluga fotilo por videoludado, la Senz3D bazita sur la DepthSense 325 fotilo de Softkinetic. Infineon kaj PMD Technologies ebligas etajn integrajn 3D-profundajn fotilojn por proksima gesta kontrolo de konsumantaj aparatoj kiel ĉiu-en-unu komputiloj kaj tekkomputiloj (Picco flexx kaj Picco monstar fotiloj).

La apliko de ToF-fotiloj en ludoj

Smartphone fotiloj

Pluraj saĝtelefonoj inkludas temp-de-flugfotilojn. Ĉi tiuj estas ĉefe uzataj por plibonigi la kvaliton de fotoj provizante la fotilprogramaron per informoj pri malfono kaj fono. La unua poŝtelefono se temas pri utiligi tian teknologion estis la LG G3, publikigita frue en 2014.

La apliko de ToF-fotiloj en poŝtelefonoj

Mezurado kaj maŝina vizio

Aliaj aplikoj estas mezuraj taskoj, ekz. por la plenalteco en siloj. En industria maŝinvizio, la tempo-de-fluga fotilo helpas klasifiki kaj lokalizi objektojn por uzo de robotoj, kiel ekzemple eroj preterpasantaj sur transportilon. Pordaj kontroloj povas facile distingi inter bestoj kaj homoj atingantaj la pordon.

Robotiko

Alia uzo de ĉi tiuj fotiloj estas la kampo de robotiko: Poŝtelefonaj robotoj povas konstrui mapon de sia ĉirkaŭaĵo tre rapide, ebligante ilin eviti obstaklojn aŭ sekvi gvidan personon. Ĉar la distanckalkulo estas simpla, nur malmulte da komputila potenco estas uzata. Ĉar tiuj fotiloj ankaŭ povas esti uzitaj por mezuri distancon, teamoj por FIRST Robotics Competition povas uzi la aparatojn por aŭtonomiaj rutinoj.

Tera topografio

ToF fotilojestis uzitaj por akiri ciferecajn altecmodelojn de la surfactopografio de la Tero, por studoj en geomorfologio.

La apliko de ToF-fotiloj en geomorfologio