一, Mis on lennuaeg kaamerad?

Lennuaja (ToF) kaamerad on teatud tüüpi sügavustundlik tehnoloogia, mis mõõdab kaugust kaamera ja stseeni objektide vahel, kasutades aega, mis kulub valguse liikumiseks objektidele ja tagasi kaamerasse. Neid kasutatakse tavaliselt erinevates rakendustes, nagu liitreaalsus, robootika, 3D-skaneerimine, žestide tuvastamine ja palju muud.

ToF kaameradtöötamiseks kiirgab valgussignaali, tavaliselt infrapunavalgust, ja mõõta aega, mis kulub signaali tagasipõrkumiseks pärast stseenis olevate objektide tabamist. Seda ajamõõtmist kasutatakse seejärel objektide kauguse arvutamiseks, luues sügavuskaardi või stseeni 3D esituse.

Lennukaamerate aeg

Võrreldes teiste sügavustundlike tehnoloogiatega, nagu struktureeritud valgus või stereonägemine, pakuvad ToF-kaamerad mitmeid eeliseid. Need pakuvad reaalajas sügavust, on suhteliselt lihtsa disainiga ja võivad töötada erinevates valgustingimustes. ToF-kaamerad on samuti 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 sügavuse ja parandada reaalsesse maailma paigutatud virtuaalsete objektide realistlikkust. Robootikas võimaldavad need robotitel ümbritsevat tajuda ja takistustel tõhusamalt navigeerida. 3D-skannimisel suudavad ToF-kaamerad kiiresti jäädvustada objektide või keskkondade geomeetriat erinevatel eesmärkidel, nagu virtuaalreaalsus, mängimine või 3D-printimine. Neid kasutatakse ka biomeetrilistes rakendustes, nagu näotuvastus või käeliigutuste tuvastamine.

二,Lennuaja kaamerate komponendid

Lennuaja (ToF) kaameradkoosneb mitmest võtmekomponendist, mis töötavad koos, et võimaldada sügavuse tuvastamist ja kauguse mõõtmist. Konkreetsed komponendid võivad olenevalt disainist ja tootjast erineda, kuid siin on põhielemendid, mida tavaliselt leidub ToF-kaamerasüsteemides:

Valgusallikas:

ToF-kaamerad kasutavad valgussignaali väljastamiseks valgusallikat, tavaliselt infrapuna (IR) valguse kujul. Valgusallikaks võib olenevalt kaamera konstruktsioonist olla LED (Light-Emitting Diode) või laserdiood. Kiirgav valgus liigub stseenis olevate objektide suunas.

Optika:

Objektiiv kogub peegeldunud valguse ja pildistab keskkonna pildisensorile (fokaaltasandi massiiv). Optiline ribapääsfilter läbib ainult valgustusseadmega sama lainepikkusega valgust. See aitab summutada ebaolulist valgust ja vähendada müra.

Pildisensor:

See on TOF-kaamera süda. Iga piksel mõõdab aega, mis kulub valgusel valgustusüksusest (laser või LED) objektile ja tagasi fookustasandi massiivile liikumiseks.

Ajastusahel:

Lennuaja täpseks mõõtmiseks vajab kaamera täpset ajastusahelat. See vooluahel juhib valgussignaali emissiooni ja tuvastab aja, mis kulub valgusel objektidele liikumiseks ja kaamerasse naasmiseks. See sünkroniseerib emissiooni- ja tuvastamisprotsessid, et tagada täpsed vahemaamõõtmised.

Modulatsioon:

MõnedToF kaameradsisaldama modulatsioonitehnikaid, et parandada kauguse mõõtmise täpsust ja vastupidavust. Need kaamerad moduleerivad kiirgavat valgussignaali kindla mustri või sagedusega. Modulatsioon aitab eristada kiirgavat valgust teistest ümbritsevatest valgusallikatest ja suurendab kaamera võimet eristada erinevaid objekte stseenis.

Sügavuse arvutamise algoritm:

Lennuaja mõõtmiste teisendamiseks sügavusteabeks kasutavad ToF-kaamerad keerukaid algoritme. Need algoritmid analüüsivad fotodetektorilt saadud ajastusandmeid ja arvutavad kauguse kaamera ja stseenis olevate objektide vahel. Sügavuse arvutamise algoritmid hõlmavad sageli selliste tegurite kompenseerimist nagu valguse levimiskiirus, anduri reaktsiooniaeg ja ümbritseva valguse häired.

Sügavusandmete väljund:

Kui sügavuse arvutamine on tehtud, annab ToF-kaamera sügavusandmete väljundi. See väljund võib olla sügavuskaardi, punktipilve või stseeni 3D-esitusena. Sügavusandmeid saavad rakendused ja süsteemid kasutada, et võimaldada erinevaid funktsioone, nagu objektide jälgimine, liitreaalsus või robotnavigatsioon.

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

三、Rakendused

Autotööstuse rakendused

Lennuaja kaameradkasutatakse abi- ja ohutusfunktsioonides täiustatud mootorsõidukite rakendustes, nagu aktiivne jalakäijate ohutus, kokkupõrkeeelne tuvastamine ja siserakendused, nagu positsioonist väljas (OOP) tuvastamine.

ToF-kaamerate rakendus

Inimese-masina liidesed ja mängimine

As lennuaja kaameradreaalajas kauguspilte pakkudes on inimeste liikumist lihtne jälgida. See võimaldab uut suhtlust tarbijaseadmetega, näiteks teleritega. Teine teema on seda tüüpi kaamerate kasutamine videomängukonsoolide mängudega suhtlemiseks. Algselt Xbox One konsooliga kaasas olnud teise põlvkonna Kinecti andur kasutas oma vahemiku pildistamiseks lennuaja kaamerat, võimaldades loomulikke kasutajaliideseid ja mängimist. arvutinägemise ja žestide tuvastamise tehnikaid kasutavad rakendused.

Creative ja Intel pakuvad mängimiseks ka sarnast tüüpi interaktiivset lennuaja viipega kaamerat – Senz3D, mis põhineb Softkineticu DepthSense 325 kaameral. Infineon ja PMD Technologies võimaldavad pisikesi integreeritud 3D sügavuskaameraid tarbijaseadmete, nagu kõik-ühes personaalarvutite ja sülearvutite (Picco flexx ja Picco monstar kaamerad) lähimaa liigutustega juhtimiseks.

ToF-kaamerate rakendamine mängudes

Nutitelefonide kaamerad

Paljud nutitelefonid sisaldavad lennuaja kaameraid. Neid kasutatakse peamiselt fotode kvaliteedi parandamiseks, pakkudes kaamera tarkvarale 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 silohoidlate täitekõrguse jaoks. Tööstuslikus masinnägemises aitab lennuaja kaamera klassifitseerida ja leida asukohti robotitele kasutamiseks, näiteks konveieril mööduvaid esemeid. Ukse juhtseadised suudavad hõlpsasti eristada loomi ja inimesi, kes ukseni jõuavad.

Robootika

Veel üks nende kaamerate kasutusala on robootika valdkond: mobiilsed robotid suudavad väga kiiresti koostada oma ümbruskonna kaardi, mis võimaldab neil vältida takistusi või jälgida juhtivat inimest. Kuna kauguse arvutamine on lihtne, kasutatakse vähe arvutusvõimsust. Kuna neid kaameraid saab kasutada ka kauguse mõõtmiseks, on FIRST Robotics Competitioni meeskonnad teadaolevalt kasutanud seadmeid autonoomsete rutiinide jaoks.

Maa topograafia

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

ToF-kaamerate rakendamine geomorfoloogias