Mis on lennuaja kaamerad?

Lennuajakaamerad (ToF) on sügavusandurite tehnoloogia, mis mõõdab kaamera ja stseenis olevate objektide vahelist kaugust, kasutades aega, mis kulub valguse liikumiseks objektideni ja tagasi kaamerasse. Neid kasutatakse tavaliselt erinevates rakendustes, näiteks liitreaalsuses, robootikas, 3D-skannimises, žestide tuvastamises ja mujal.

ToF-kaameradNeed toimivad valgussignaali, tavaliselt infrapunavalguse, kiirgamise ja objektidelt tagasipõrke aja mõõtmise teel. Seda ajamõõtmist kasutatakse seejärel objektideni kauguse arvutamiseks, luues sügavuskaardi või stseeni 3D-kujutise.

Lennukaamerate aeg

Võrreldes teiste sügavusandurite tehnoloogiatega, nagu struktureeritud valgus või stereonägemine, pakuvad ToF-kaamerad mitmeid eeliseid. Need pakuvad reaalajas sügavusteavet, on suhteliselt lihtsa disainiga ja töötavad erinevates valgustingimustes. ToF-kaamerad on ka kompaktsed ja neid saab integreerida väiksematesse seadmetesse, nagu nutitelefonid, tahvelarvutid ja kantavad seadmed.

ToF-kaamerate rakendused on mitmekesised. Liitreaalsuses suudavad ToF-kaamerad täpselt tuvastada objektide sügavust ja parandada reaalses maailmas asetatud virtuaalsete objektide realismi. Robootikas võimaldavad need robotitel oma ümbrust tajuda ja takistustest tõhusamalt läbida. 3D-skaneerimisel suudavad ToF-kaamerad kiiresti jäädvustada objektide või keskkondade geomeetriat erinevatel eesmärkidel, näiteks virtuaalreaalsuses, mängimisel või 3D-printimisel. Neid kasutatakse ka biomeetrilistes rakendustes, näiteks näotuvastuses või käežestide tuvastamisel.

二,Lennukaamerate aja komponendid

Lennuaja (ToF) kaameradkoosneb mitmest põhikomponendist, mis töötavad koos sügavuse tuvastamise ja kauguse mõõtmise võimaldamiseks. Konkreetsed komponendid võivad olenevalt konstruktsioonist ja tootjast erineda, kuid siin on ToF-kaamerasüsteemides tavaliselt leiduvad põhielemendid:

Valgusallikas:

ToF-kaamerad kasutavad valgusallikat valgussignaali kiirgamiseks, tavaliselt infrapunavalguse (IR) kujul. Valgusallikas võib olla LED (valgusdiood) või laserdiood, olenevalt kaamera konstruktsioonist. Kiirgav valgus liigub kaadris olevate objektide poole.

Optika:

Lääts kogub peegeldunud valguse ja kujutab keskkonda pildisensorile (fokaaltasandilisele massiivile). Optiline ribapääsfilter laseb läbi ainult valgustusseadmega sama lainepikkusega valgust. See aitab summutada ebaolulist valgust ja vähendada müra.

Kujutise sensor:

See on TOF-kaamera süda. Iga piksel mõõdab aega, mis valgusel kulub valgustusseadmest (laserist või LED-ist) objektini ja tagasi fokaaltasandi massiivi.

Ajastuslülitus:

Lennuaja täpseks mõõtmiseks vajab kaamera täpset ajastusahelat. See vooluring kontrollib valgussignaali kiirgust ja tuvastab aega, mis kulub valguse liikumiseks objektideni ja kaamerasse tagasi jõudmiseks. See sünkroniseerib kiirgus- ja tuvastusprotsesse, et tagada täpsed kauguse mõõtmised.

Modulatsioon:

MõnedToF-kaameradhõlmavad modulatsioonitehnikaid, et parandada kauguse mõõtmiste täpsust ja usaldusväärsust. Need kaamerad moduleerivad kiiratavat valgussignaali kindla mustri või sagedusega. Modulatsioon aitab eristada kiiratavat valgust teistest ümbritsevatest valgusallikatest ja parandab kaamera võimet eristada erinevaid objekte stseenis.

Sügavuse arvutamise algoritm:

Lennuaja mõõtmistulemuste sügavusinfoks teisendamiseks kasutavad ToF-kaamerad keerukaid algoritme. Need algoritmid analüüsivad fotodetektorilt saadud ajastusandmeid ja arvutavad kaamera ja stseenis olevate objektide vahelise kauguse. Sügavuse arvutamise algoritmid hõlmavad sageli selliste tegurite kompenseerimist nagu valguse levimiskiirus, anduri reageerimisaeg ja ümbritseva valguse interferents.

Sügavusandmete väljund:

Kui sügavuse arvutus on tehtud, väljastab ToF-kaamera sügavusandmete väljundi. See väljund võib olla sügavuskaardi, punktpilve või stseeni 3D-kujutise kujul. Rakendused ja süsteemid saavad sügavusandmeid kasutada mitmesuguste funktsioonide, näiteks objektide jälgimise, liitreaalsuse või robotnavigatsiooni, lubamiseks.

Oluline on märkida, et ToF-kaamerate konkreetne teostus ja komponendid võivad erineda tootjate ja mudelite lõikes. Tehnoloogia areng võib tuua kaasa lisafunktsioone ja täiustusi, et parandada ToF-kaamerasüsteemide jõudlust ja võimalusi.

三、Rakendused

Autotööstuse rakendused

Lennuaja kaameradkasutatakse abi- ja ohutusfunktsioonides täiustatud autotööstuse rakendustes, näiteks aktiivses jalakäijate ohutuses, kokkupõrke-eelses tuvastamises ja siseruumides kasutatavates rakendustes, näiteks asendist väljas olemise tuvastamises.

ToF-kaamerate rakendamine

Inimese ja masina liidesed ja mängud

As lennuaja kaameradPakkudes reaalajas kaugpilte, on inimeste liikumist lihtne jälgida. See võimaldab uusi interaktsioone tarbeseadmetega, näiteks teleritega. Teine teema on seda tüüpi kaamerate kasutamine videomängukonsoolide mängudega suhtlemiseks. Algselt Xbox One konsooliga kaasas olnud teise põlvkonna Kinecti andur kasutas kaugpildistamiseks lennuaja kaamerat, võimaldades loomulikke kasutajaliideseid ja mängurakendusi arvutinägemise ja žestide tuvastamise tehnikate abil.

Creative ja Intel pakuvad mängimiseks sarnast interaktiivset žestidega lennuaega tuvastavat kaamerat Senz3D, mis põhineb Softkineticu DepthSense 325 kaameral. Infineon ja PMD Technologies võimaldavad pisikesi integreeritud 3D-sügavuskaameraid lähivõtete žestidega juhtimiseks tarbijaseadmetes, näiteks universaalsetes arvutites ja sülearvutites (Picco flexx ja Picco monstar kaamerad).

ToF-kaamerate rakendamine mängudes

Nutitelefoni kaamerad

Mitmetel nutitelefonidel on lennuaja kaamerad. Neid kasutatakse peamiselt fotode kvaliteedi parandamiseks, andes kaameratarkvarale teavet esiplaani ja tausta kohta. Esimene mobiiltelefon, mis sellist tehnoloogiat kasutas, oli LG G3, mis ilmus 2014. aasta alguses.

ToF-kaamerate kasutamine mobiiltelefonides

Mõõtmine ja masinnägemine

Teised rakendused on mõõtmisülesanded, nt silo täitekõrguse määramine. Tööstuslikus masinnägemises aitab lennuajakaamera klassifitseerida ja leida objekte robotite jaoks, näiteks konveieril mööduvaid esemeid. Ukse juhtimisseadmed suudavad hõlpsalt eristada ukse juurde jõudvaid loomi ja inimesi.

Robootika

Nende kaamerate teine ​​kasutusala on robootika valdkond: mobiilrobotid suudavad väga kiiresti oma ümbruse kaardi luua, mis võimaldab neil takistusi vältida või eesolevat inimest jälgida. Kuna kauguse arvutamine on lihtne, kulub vähe arvutusvõimsust. Kuna neid kaameraid saab kasutada ka kauguse mõõtmiseks, on FIRST Robotics Competitioni võistkonnad tuntud selle poolest, et kasutavad seadmeid autonoomsete rutiinide jaoks.

Maa topograafia

ToF-kaameradon kasutatud Maa pinna topograafia digitaalsete kõrgusmudelite saamiseks geomorfoloogiliste uuringute jaoks.

ToF-kaamerate rakendamine geomorfoloogias