一、ساعت دوربین های پرواز چقدر است؟

دوربین‌های Time-of-flight (ToF) نوعی فناوری سنجش عمق هستند که فاصله بین دوربین و اشیاء موجود در صحنه را با استفاده از مدت زمانی که طول می‌کشد تا نور به اجسام و برگشت به دوربین برسد، اندازه‌گیری می‌کند. آنها معمولاً در برنامه های مختلفی مانند واقعیت افزوده، روباتیک، اسکن سه بعدی، تشخیص ژست و غیره استفاده می شوند.

دوربین های ToFکار با انتشار یک سیگنال نور، معمولاً نور مادون قرمز، و اندازه‌گیری زمان بازگشت سیگنال پس از برخورد با اشیاء در صحنه. سپس از این اندازه‌گیری زمان برای محاسبه فاصله تا اشیا، ایجاد نقشه عمق یا نمایش سه‌بعدی صحنه استفاده می‌شود.

زمان دوربین های پرواز

در مقایسه با سایر فناوری‌های سنجش عمق مانند نور ساختاریافته یا دید استریو، دوربین‌های ToF چندین مزیت دارند. آنها اطلاعات عمق را در زمان واقعی ارائه می دهند، طراحی نسبتاً ساده ای دارند و می توانند در شرایط نوری مختلف کار کنند. دوربین های ToF نیز جمع و جور هستند و می توانند در دستگاه های کوچکتر مانند گوشی های هوشمند، تبلت ها و دستگاه های پوشیدنی ادغام شوند.

کاربردهای دوربین های ToF متنوع است. در واقعیت افزوده، دوربین‌های ToF می‌توانند عمق اشیاء را به دقت تشخیص دهند و واقع‌گرایی اشیاء مجازی قرار گرفته در دنیای واقعی را بهبود بخشند. در رباتیک، آنها ربات ها را قادر می سازند تا محیط اطراف خود را درک کنند و موانع را به طور مؤثرتری عبور دهند. در اسکن سه بعدی، دوربین های ToF می توانند به سرعت هندسه اشیا یا محیط ها را برای اهداف مختلف مانند واقعیت مجازی، بازی یا چاپ سه بعدی ثبت کنند. آنها همچنین در کاربردهای بیومتریک مانند تشخیص چهره یا تشخیص حرکت دست استفاده می شوند.

من،اجزای زمان دوربین های پرواز

دوربین های زمان پرواز (ToF).شامل چندین مؤلفه کلیدی است که با هم کار می کنند تا سنجش عمق و اندازه گیری فاصله را امکان پذیر کنند. اجزای خاص ممکن است بسته به طراحی و سازنده متفاوت باشد، اما در اینجا عناصر اساسی که معمولاً در سیستم‌های دوربین ToF یافت می‌شوند عبارتند از:

منبع نور:

دوربین های ToF از یک منبع نور برای ساطع سیگنال نور استفاده می کنند که معمولاً به شکل نور مادون قرمز (IR) است. منبع نور بسته به طراحی دوربین می تواند یک LED (دیود ساطع کننده نور) یا یک دیود لیزری باشد. نور ساطع شده به سمت اجسام در صحنه حرکت می کند.

اپتیک:

یک لنز نور منعکس شده را جمع آوری می کند و محیط را روی حسگر تصویر (آرایه صفحه کانونی) تصویر می کند. یک فیلتر باند گذر نوری فقط نور را با همان طول موج واحد روشنایی عبور می دهد. این به سرکوب نور غیر مرتبط و کاهش نویز کمک می کند.

حسگر تصویر:

این قلب دوربین TOF است. هر پیکسل زمان عبور نور از واحد روشنایی (لیزر یا LED) به جسم و بازگشت به آرایه صفحه کانونی را اندازه گیری می کند.

مدار زمانبندی:

برای اندازه گیری دقیق زمان پرواز، دوربین به مدار زمان بندی دقیق نیاز دارد. این مدار تابش سیگنال نور را کنترل می کند و مدت زمانی را که طول می کشد تا نور به اجسام برسد و به دوربین برگردد را تشخیص می دهد. برای اطمینان از اندازه گیری دقیق فاصله، فرآیندهای انتشار و تشخیص را همگام می کند.

مدولاسیون:

بعضی هادوربین های ToFاز تکنیک های مدولاسیون برای بهبود دقت و استحکام اندازه گیری های فاصله استفاده کنید. این دوربین ها سیگنال نور ساطع شده را با الگو یا فرکانس خاصی تعدیل می کنند. این مدولاسیون به تمایز نور ساطع شده از سایر منابع نور محیطی کمک می کند و توانایی دوربین را برای تمایز بین اشیاء مختلف در صحنه افزایش می دهد.

الگوریتم محاسبه عمق:

برای تبدیل اندازه‌گیری‌های زمان پرواز به اطلاعات عمق، دوربین‌های ToF از الگوریتم‌های پیچیده استفاده می‌کنند. این الگوریتم ها داده های زمان بندی دریافتی از ردیاب نوری را تجزیه و تحلیل می کنند و فاصله بین دوربین و اشیاء موجود در صحنه را محاسبه می کنند. الگوریتم‌های محاسبه عمق اغلب شامل جبران عواملی مانند سرعت انتشار نور، زمان پاسخ سنسور و تداخل نور محیطی است.

خروجی داده های عمقی:

هنگامی که محاسبه عمق انجام شد، دوربین ToF خروجی داده عمق را ارائه می دهد. این خروجی می تواند به شکل یک نقشه عمق، یک ابر نقطه ای یا یک نمایش سه بعدی از صحنه باشد. داده های عمق را می توان توسط برنامه ها و سیستم ها برای فعال کردن عملکردهای مختلف مانند ردیابی اشیا، واقعیت افزوده یا ناوبری رباتیک استفاده کرد.

توجه به این نکته مهم است که پیاده سازی و اجزای خاص دوربین های ToF می تواند در تولید کنندگان و مدل های مختلف متفاوت باشد. پیشرفت‌های فناوری ممکن است ویژگی‌ها و پیشرفت‌های بیشتری را برای بهبود عملکرد و قابلیت‌های سیستم‌های دوربین ToF معرفی کند.

برنامه های کاربردی

برنامه های کاربردی خودرو

دوربین های زمان پروازدر عملکردهای کمکی و ایمنی برای کاربردهای پیشرفته خودرو مانند ایمنی فعال عابر پیاده، تشخیص پیش از تصادف و کاربردهای داخلی مانند تشخیص خارج از موقعیت (OOP) استفاده می شود.

کاربرد دوربین های ToF

رابط انسان و ماشین و بازی

As دوربین های زمان پروازارائه تصاویر فاصله در زمان واقعی، ردیابی حرکات انسان آسان است. این امکان تعاملات جدید با دستگاه های مصرف کننده مانند تلویزیون را فراهم می کند. موضوع دیگر استفاده از این نوع دوربین‌ها برای تعامل با بازی‌های کنسول‌های بازی ویدیویی است. سنسور کینکت نسل دوم که در اصل با کنسول ایکس‌باکس وان عرضه می‌شد، از دوربینی در زمان پرواز برای تصویربرداری برد خود استفاده می‌کرد که رابط‌های کاربری طبیعی و بازی را امکان‌پذیر می‌کرد. برنامه های کاربردی با استفاده از تکنیک های بینایی کامپیوتری و تشخیص ژست ها.

Creative و Intel همچنین نوع مشابهی از دوربین های تعاملی زمان پرواز را برای بازی ارائه می دهند، Senz3D مبتنی بر دوربین DepthSense 325 Softkinetic. فن‌آوری‌های Infineon و PMD دوربین‌های عمق سه‌بعدی یکپارچه کوچک را برای کنترل ژست‌های فاصله نزدیک دستگاه‌های مصرف‌کننده مانند رایانه‌های شخصی و لپ‌تاپ‌های یکپارچه (دوربین‌های Picco flexx و Picco monstar) فعال می‌کنند.

کاربرد دوربین های ToF در بازی ها

دوربین گوشی های هوشمند

چندین گوشی هوشمند دارای دوربین های زمان پرواز هستند. اینها عمدتاً برای بهبود کیفیت عکس ها با ارائه اطلاعاتی در مورد پیش زمینه و پس زمینه به نرم افزار دوربین استفاده می شوند. اولین تلفن همراهی که از چنین فناوری استفاده کرد LG G3 بود که در اوایل سال 2014 عرضه شد.

کاربرد دوربین های ToF در تلفن های همراه

اندازه گیری و بینایی ماشین

کاربردهای دیگر وظایف اندازه گیری هستند، به عنوان مثال برای ارتفاع پر در سیلوها. در ماشین بینایی صنعتی، دوربین زمان پرواز به طبقه بندی و مکان یابی اشیاء برای استفاده توسط روبات ها کمک می کند، مانند اقلامی که روی نوار نقاله عبور می کنند. کنترل‌های درب می‌توانند به راحتی بین حیوانات و انسان‌هایی که به در می‌رسند تشخیص دهند.

رباتیک

یکی دیگر از کاربردهای این دوربین ها در زمینه رباتیک است: ربات های متحرک می توانند نقشه ای از محیط اطراف خود را خیلی سریع بسازند و آنها را قادر می سازد از موانع دوری کنند یا یک فرد پیشرو را دنبال کنند. از آنجایی که محاسبه فاصله ساده است، تنها قدرت محاسباتی کمی استفاده می شود. از آنجایی که این دوربین‌ها می‌توانند برای اندازه‌گیری فاصله نیز استفاده شوند، تیم‌های FIRST Robotics Competition شناخته شده‌اند که از دستگاه‌ها برای روتین‌های خودمختار استفاده می‌کنند.

توپوگرافی زمین

دوربین های ToFبرای به دست آوردن مدل های رقومی ارتفاع از توپوگرافی سطح زمین، برای مطالعات ژئومورفولوژی استفاده شده است.

کاربرد دوربین های ToF در ژئومورفولوژی