一, Mikä on lentoaikakamerat?

Lennonaikakamerat (ToF) ovat eräänlainen syvyystunnistustekniikka, joka mittaa kameran ja kuvauskohteen välisen etäisyyden käyttämällä aikaa, joka kuluu valon kulkeutumiseen esineisiin ja takaisin kameraan. Niitä käytetään yleisesti erilaisissa sovelluksissa, kuten lisätyssä todellisuudessa, robotiikassa, 3D-skannauksessa, eleiden tunnistamisessa ja muissa.

ToF kamerattyöskennellä lähettämällä valosignaalia, tyypillisesti infrapunavaloa, ja mittaamalla aikaa, joka kuluu signaalin palautumiseen, kun se osuu kohtauksessa oleviin esineisiin. Tätä aikamittausta käytetään sitten etäisyyden laskemiseen esineisiin luoden syvyyskartan tai 3D-esityksen näkymästä.

Lentokameroiden aika

Verrattuna muihin syvyystunnistustekniikoihin, kuten strukturoituun valoon tai stereonäön, ToF-kameroissa on useita etuja. Ne tarjoavat reaaliaikaista syvyystietoa, niillä on suhteellisen yksinkertainen rakenne ja ne voivat toimia erilaisissa valaistusolosuhteissa. ToF-kamerat ovat myös kompakteja, ja ne voidaan integroida pienempiin laitteisiin, kuten älypuhelimiin, tabletteihin ja puetettaviin laitteisiin.

ToF-kameroiden sovellukset ovat monipuoliset. Lisätyssä todellisuudessa ToF-kamerat voivat havaita tarkasti kohteiden syvyyden ja parantaa todelliseen maailmaan sijoitettujen virtuaalisten kohteiden realistisuutta. Robotiikassa niiden avulla robotit voivat havaita ympäristönsä ja navigoida esteissä tehokkaammin. 3D-skannauksessa ToF-kamerat voivat nopeasti tallentaa esineiden tai ympäristöjen geometrian eri tarkoituksiin, kuten virtuaalitodellisuuteen, pelaamiseen tai 3D-tulostukseen. Niitä käytetään myös biometrisissa sovelluksissa, kuten kasvojentunnistuksessa tai käsieleiden tunnistuksessa.

二,Lentoaikakameroiden komponentit

Lennonaikakamerat (ToF).koostuu useista avainkomponenteista, jotka toimivat yhdessä mahdollistaen syvyyden ja etäisyyden mittauksen. Tietyt komponentit voivat vaihdella suunnittelusta ja valmistajasta riippuen, mutta tässä ovat peruselementit, jotka tyypillisesti löytyvät ToF-kamerajärjestelmistä:

Valon lähde:

ToF-kamerat käyttävät valonlähdettä valosignaalin lähettämiseen, yleensä infrapunavalon (IR) muodossa. Valonlähde voi olla LED (Light-Emitting Diode) tai laserdiodi kameran suunnittelusta riippuen. Säteilevä valo kulkee kohti kohtauksen kohteita.

Optiikka:

Linssi kerää heijastuneen valon ja kuvaa ympäristön kuvakennolle (focal plane array). Optinen kaistanpäästösuodatin läpäisee vain valon, jonka aallonpituus on sama kuin valaistusyksikkö. Tämä auttaa vaimentamaan ei-olennaista valoa ja vähentämään melua.

Kuvasensori:

Tämä on TOF-kameran sydän. Jokainen pikseli mittaa aikaa, jonka valo on kulunut kulkeutuessaan valaistusyksiköstä (laser tai LED) kohteeseen ja takaisin polttotasojärjestelmään.

Ajoituspiiri:

Jotta lentoaika voidaan mitata tarkasti, kamera tarvitsee tarkan ajoituspiirin. Tämä piiri ohjaa valosignaalin säteilyä ja havaitsee ajan, joka kuluu valon kulkeutumiseen esineisiin ja takaisin kameraan. Se synkronoi päästö- ja ilmaisuprosessit varmistaakseen tarkat etäisyysmittaukset.

Modulaatio:

JotkutToF kameratsisältää modulaatiotekniikoita etäisyysmittausten tarkkuuden ja kestävyyden parantamiseksi. Nämä kamerat moduloivat lähetetyn valosignaalin tietyllä kuviolla tai taajuudella. Modulaatio auttaa erottamaan säteilevän valon muista ympäristön valonlähteistä ja parantaa kameran kykyä erottaa eri kohteet kohtauksessa.

Syvyyslaskenta-algoritmi:

ToF-kamerat käyttävät kehittyneitä algoritmeja muuttaakseen lentoaikamittaukset syvyystiedoiksi. Nämä algoritmit analysoivat valoilmaisimesta saadut ajoitustiedot ja laskevat kameran ja näkymän kohteiden välisen etäisyyden. Syvyyslaskenta-algoritmit sisältävät usein tekijöiden, kuten valon etenemisnopeuden, anturin vasteajan ja ympäristön valon häiriöiden kompensoinnin.

Syvyystiedot:

Kun syvyyslaskenta on suoritettu, ToF-kamera tuottaa syvyystiedot. Tämä tulos voi olla syvyyskartan, pistepilven tai näkymän 3D-esityksen muodossa. Sovellukset ja järjestelmät voivat käyttää syvyystietoja mahdollistamaan erilaisia ​​toimintoja, kuten objektien seurantaa, lisättyä todellisuutta tai robottinavigointia.

On tärkeää huomata, että ToF-kameroiden erityinen toteutus ja komponentit voivat vaihdella eri valmistajien ja mallien välillä. Tekniikan kehitys voi tuoda lisäominaisuuksia ja parannuksia parantaakseen ToF-kamerajärjestelmien suorituskykyä ja ominaisuuksia.

三、Sovellukset

Autoteollisuuden sovellukset

Lentoaikakameratkäytetään apu- ja turvallisuustoiminnoissa edistyneissä autosovelluksissa, kuten aktiivisessa jalankulkijoiden turvallisuudessa, törmäyshavaitsemisessa ja sisäsovelluksissa, kuten out-of-position (OOP) tunnistus.

ToF-kameroiden sovellus

Ihmisen ja koneen rajapinnat ja pelaaminen

As lennon aikakamerattarjota etäisyyskuvia reaaliajassa, on helppo seurata ihmisten liikkeitä. Tämä mahdollistaa uudenlaisen vuorovaikutuksen kuluttajalaitteiden, kuten televisioiden, kanssa. Toinen aihe on tämäntyyppisten kameroiden käyttäminen vuorovaikutuksessa videopelikonsolien pelien kanssa. Alun perin Xbox One -konsolin mukana toimitettu toisen sukupolven Kinect-sensori käytti lentoaikakameraa alueen kuvantamiseen, mikä mahdollisti luonnolliset käyttöliittymät ja pelaamisen. tietokonenäön ja eleiden tunnistustekniikoita käyttävät sovellukset.

Creative ja Intel tarjoavat myös samantyyppisen interaktiivisen lentoaikakameran pelaamiseen, Senz3D:n, joka perustuu Softkineticin DepthSense 325 -kameraan. Infineon ja PMD Technologies mahdollistavat pienet integroidut 3D-syvyyskamerat kuluttajalaitteiden, kuten all-in-one-tietokoneiden ja kannettavien tietokoneiden (Picco flexx- ja Picco monstar -kamerat) lähietäisyyden eleohjaukseen.

ToF-kameroiden käyttö peleissä

Älypuhelinten kamerat

Useissa älypuhelimissa on lentoaikakamerat. Niitä käytetään pääasiassa valokuvien laadun parantamiseen tarjoamalla kameraohjelmistolle tietoa etu- ja taustasta. Ensimmäinen matkapuhelin, joka käytti tällaista tekniikkaa, oli LG G3, joka julkaistiin vuoden 2014 alussa.

ToF-kameroiden sovellus matkapuhelimiin

Mittaus ja konenäkö

Muita käyttökohteita ovat mittaustehtävät, esim. siilojen täyttökorkeus. Teollisuuden konenäössä lentoaikakamera auttaa luokittelemaan ja paikantamaan esineitä robottien käyttöön, kuten kuljettimella ohi kulkevia esineitä. Oven säätimet erottavat helposti ovelle saapuvat eläimet ja ihmiset.

Robotiikka

Toinen näiden kameroiden käyttökohde on robotiikka: Mobiilirobotit pystyvät rakentamaan nopeasti kartan ympäristöstään, jolloin ne voivat välttää esteitä tai seurata johtavaa henkilöä. Koska etäisyyslaskenta on yksinkertainen, laskentatehoa käytetään vain vähän. Koska näitä kameroita voidaan käyttää myös etäisyyden mittaamiseen, FIRST Robotics Competitionin joukkueiden tiedetään käyttäneen laitteita autonomisiin rutiineihin.

Maan topografia

ToF kameraton käytetty digitaalisten korkeusmallien saamiseksi maan pinnan topografiasta geomorfologian tutkimuksia varten.

ToF-kameroiden sovellus geomorfologiassa