一、Zer da hegaldi-kameren denbora?

Hegaldi-denbora (ToF) kamerak kameraren eta eszenako objektuen arteko distantzia neurtzen duen sakonera sentsatzeko teknologia mota bat dira, argiak objektuetara eta kamerara itzultzeko behar duen denbora erabiliz. Hainbat aplikaziotan erabili ohi dira, hala nola errealitate areagotuan, robotikan, 3D eskaneatzen, keinuen antzematean eta abar.

ToF kameraklan egin argi-seinale bat igorriz, normalean argi infragorria, eta seinaleak eszenako objektuak jo ondoren itzultzeko behar duen denbora neurtuz. Ondoren, denbora-neurketa hori objektuekiko distantzia kalkulatzeko erabiltzen da, sakonera-mapa bat edo eszenaren 3D irudikapen bat sortuz.

Hegaldi-kameren denbora

Argi egituratua edo ikusmen estereoa bezalako sakontasuna hautemateko beste teknologiekin alderatuta, ToF kamerek hainbat abantaila eskaintzen dituzte. Denbora errealeko sakontasun-informazioa ematen dute, diseinu sinple samarra dute eta hainbat argi-baldintzetan lan egin dezakete. ToF kamerak ere trinkoak dira eta gailu txikiagoetan integra daitezke, hala nola, telefono adimendunetan, tabletetan eta eramangarri diren gailuetan.

ToF kameren aplikazioak askotarikoak dira. Errealitate areagotuan, ToF kamerek objektuen sakontasuna zehaztasunez hauteman dezakete eta mundu errealean kokatutako objektu birtualen errealismoa hobetu. Robotikan, robotei beren ingurua hautematea eta oztopoak modu eraginkorragoan nabigatzeko aukera ematen diete. 3D eskaneatzean, ToF kamerek objektuen edo inguruneen geometria azkar har dezakete hainbat helburutarako, hala nola errealitate birtuala, jokoak edo 3D inprimaketa. Aplikazio biometrikoetan ere erabiltzen dira, hala nola, aurpegi-ezagutza edo esku-keinuen antzematea.

二、Hegaldi-kameren denboraren osagaiak

Hegaldi-denbora (ToF) kameraksakonera detektatzeko eta distantzia neurtzeko elkarrekin lan egiten duten funtsezko osagaiek osatzen dute. Osagai zehatzak diseinuaren eta fabrikatzailearen arabera alda daitezke, baina hona hemen ToF kamera sistemetan aurkitu ohi diren oinarrizko elementuak:

Argi iturria:

ToF kamerek argi-iturri bat erabiltzen dute argi-seinalea igortzeko, normalean argi infragorri (IR) moduan. Argi-iturria LED bat (Argi-Igorpen-diodoa) edo laser-diodo bat izan daiteke, kameraren diseinuaren arabera. Igorritako argia eszenako objektuetara doa.

Optika:

Lente batek islatutako argia biltzen du eta ingurunea irudi-sentsorean (plano fokalaren array) irudikatzen du. Banda-iragazki optiko batek argiztapen-unitatearen uhin-luzera berdinarekin soilik pasatzen du argia. Honek argi ez-egokia kentzen eta zarata murrizten laguntzen du.

Irudi-sentsorea:

Hau da TOF kameraren muina. Pixel bakoitzak argiak argiztapen-unitatetik (laser edo LED) objektura eta foku-plano-matrizera itzultzeko behar duen denbora neurtzen du.

Denbora-zirkuitua:

Hegaldiaren denbora zehaztasunez neurtzeko, kamerak denbora-zirkuitu zehatzak behar ditu. Zirkuitu honek argi-seinalearen igorpena kontrolatzen du eta argiak objektuetara bidaiatzeko eta kamerara itzultzeko behar duen denbora detektatzen du. Igorpen- eta detekzio-prozesuak sinkronizatzen ditu distantzia-neurketa zehatzak bermatzeko.

Modulazioa:

BatzukToF kamerakmodulazio-teknikak txertatzea distantzia-neurketen zehaztasuna eta sendotasuna hobetzeko. Kamera hauek igorritako argi-seinalea eredu edo maiztasun zehatz batekin modulatzen dute. Modulazioak igorritako argia beste inguruneko argi iturrietatik bereizten laguntzen du eta kamerak eszenako objektu desberdinak bereizteko duen gaitasuna hobetzen du.

Sakonera Kalkulatzeko Algoritmoa:

Hegaldi-denboraren neurketak sakoneko informazio bihurtzeko, ToF kamerek algoritmo sofistikatuak erabiltzen dituzte. Algoritmo hauek fotodetektagailutik jasotako denbora-datuak aztertzen dituzte eta kameraren eta eszenako objektuen arteko distantzia kalkulatzen dute. Sakonera kalkulatzeko algoritmoek argiaren hedapen-abiadura, sentsoreen erantzun-denbora eta giroko argiaren interferentzia bezalako faktoreak konpentsatzen dituzte.

Sakonera-datuen irteera:

Sakonera-kalkulua egin ondoren, ToF kamerak sakonera-datuen irteera ematen du. Irteera honek sakonera-mapa, puntu-hodeia edo eszenaren 3D irudikapena izan dezake. Sakonerako datuak aplikazioek eta sistemek erabil ditzakete hainbat funtzionalitate gaitzeko, hala nola objektuen jarraipena, errealitate areagotua edo nabigazio robotikoa.

Garrantzitsua da ToF kameren inplementazio eta osagai espezifikoak fabrikatzaile eta modelo ezberdinetan alda daitezkeela. Teknologiaren aurrerapenek ezaugarri eta hobekuntza gehigarriak sar ditzakete ToF kamera-sistemen errendimendua eta gaitasunak hobetzeko.

三、Aplikazioak

Automobilgintzako aplikazioak

Hegaldi-denbora-kamerakAutomobilgintzako aplikazio aurreratuetarako laguntza- eta segurtasun-funtzioetan erabiltzen dira, hala nola, oinezkoen segurtasun aktiboa, istripu aurreko detekzioa eta barruko aplikazioetan, hala nola posiziotik kanpo (OOP) detekzioa.

ToF kameren aplikazioa

Giza-makina interfazeak eta jokoak

As hegaldiaren denbora-kamerakdistantziako irudiak denbora errealean eskaintzea, erraza da gizakien mugimenduak jarraitzea. Horrek kontsumitzaileen gailuekin interakzio berriak ahalbidetzen ditu, hala nola telebistak. Beste gai bat kamera mota hau bideo-joko kontsoletako jokoekin elkarreragiteko erabiltzea da. Hasiera batean Xbox One kontsolarekin sartutako bigarren belaunaldiko Kinect sentsoreak hegaldi-denbora-kamera bat erabiltzen zuen bere barrutiaren irudietarako, erabiltzaile-interfaze naturalak eta jokoak ahalbidetuz. ordenagailu bidezko ikusmenaren eta keinuak ezagutzeko teknikak erabiltzen dituzten aplikazioak.

Creative eta Intel-ek ere jokoetarako keinu-denbora-hegaldi-kamera interaktibo mota bat eskaintzen dute, Softkinetic-en DepthSense 325 kameran oinarritutako Senz3D. Infineon-ek eta PMD Technologies-ek 3D sakoneko kamera txikiak ahalbidetzen dituzte kontsumitzaileen gailuen keinu hurbileko kontrolerako, adibidez, bakarreko ordenagailuak eta ordenagailu eramangarriak (Picco flexx eta Picco monstar kamerak).

ToF kameren aplikazioa jokoetan

Smartphone kamerak

Hainbat telefono adimendunek hegaldiaren denbora-kamerak dituzte. Hauek argazkien kalitatea hobetzeko erabiltzen dira batez ere kameraren softwareari lehen planoari eta atzeko planoari buruzko informazioa emanez. Horrelako teknologia erabili zuen lehen telefono mugikorra LG G3 izan zen, 2014 hasieran kaleratua.

ToF kameren aplikazioa telefono mugikorretan

Neurketa eta ikusmen automatikoa

Beste aplikazio batzuk neurtzeko lanak dira, adibidez, siloetan betetzeko altuerarako. Makina-ikuspegi industrialean, hegaldiaren denbora-kamerak robotek erabiltzeko objektuak sailkatzen eta kokatzen laguntzen du, hala nola garraiatzaile batean igarotzen diren elementuak. Ateen kontrolak erraz bereiz ditzakete atera iristen diren animaliak eta gizakiak.

Robotika

Kamera hauen beste erabilera bat robotikaren alorra da: robot mugikorrek beren inguruaren mapa oso azkar eraiki dezakete, oztopoak saihesteko edo pertsona nagusi bati jarraitzeko aukera emanez. Distantziaren kalkulua erraza denez, konputazio-potentzia gutxi erabiltzen da. Kamera hauek distantzia neurtzeko ere erabil daitezkeenez, FIRST Robotics Competition-eko taldeek gailuak errutina autonomoetarako erabiltzen dituztela jakin da.

Lurraren topografia

ToF kamerakLurraren gainazaleko topografiaren kota-eredu digitalak lortzeko erabili dira, geomorfologia aztertzeko.

ToF kameren aplikazioa geomorfologian