Mitä ovat lentoaikakamerat?

Lentoaikakamerat (ToF) ovat syvyysanturitekniikkaa, joka mittaa kameran ja kuvassa olevien kohteiden välistä etäisyyttä käyttämällä aikaa, joka valolla kuluu kulkeakseen kohteisiin ja takaisin kameraan. Niitä käytetään yleisesti useissa sovelluksissa, kuten lisätyssä todellisuudessa, robotiikassa, 3D-skannauksessa, eleiden tunnistuksessa ja muissa.

ToF-kamerattoimivat lähettämällä valosignaalin, tyypillisesti infrapunavalon, ja mittaamalla ajan, joka signaalin palautumiseen osuttuaan kohteeseen. Tätä aikamittausta käytetään sitten kohteiden etäisyyden laskemiseen, jolloin luodaan syvyyskartta tai 3D-esitys kohteesta.

Lentokameroiden aika

Verrattuna muihin syvyysanturiteknologioihin, kuten strukturoituun valoon tai stereonäköön, ToF-kamerat tarjoavat 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 puettaviin laitteisiin.

ToF-kameroiden sovellukset ovat moninaiset. Lisätyssä todellisuudessa ToF-kamerat pystyvät havaitsemaan tarkasti kohteiden syvyyden ja parantamaan todelliseen maailmaan sijoitettujen virtuaalikohteiden realismia. Robotiikassa ne mahdollistavat robottien ympäristönsä havaitsemisen ja esteiden tehokkaamman navigoinnin. 3D-skannauksessa ToF-kamerat voivat nopeasti tallentaa kohteiden tai ympäristöjen geometrian erilaisiin tarkoituksiin, kuten virtuaalitodellisuudessa, pelaamisessa tai 3D-tulostuksessa. Niitä käytetään myös biometrisissa sovelluksissa, kuten kasvojentunnistuksessa tai käden eleiden tunnistuksessa.

二,Lentokameroiden ajan osatekijät

Lentoaikakamerat (ToF)koostuu useista keskeisistä komponenteista, jotka toimivat yhdessä syvyysanturin ja etäisyyden mittaamisen mahdollistamiseksi. Tietyt komponentit voivat vaihdella suunnittelusta ja valmistajasta riippuen, mutta tässä ovat ToF-kamerajärjestelmissä tyypillisesti esiintyvät peruselementit:

Valonlähde:

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

Optiikka:

Linssi kerää heijastuneen valon ja kuvaa ympäristön kuvasensorille (polttotasoantenni). Optinen kaistanpäästösuodatin päästää läpi vain valoa, jonka aallonpituus on sama kuin valaisimen. Tämä auttaa vaimentamaan epäolennaista valoa ja vähentämään kohinaa.

Kuvakenno:

Tämä on TOF-kameran sydän. Jokainen pikseli mittaa valon kulkemiseen kuluneen ajan valaisuyksiköstä (laser tai LED) kohteeseen ja takaisin polttotasolevyryhmään.

Ajoituspiiri:

Valon kulkuajan tarkka mittaaminen edellyttää kameran tarkkaa ajoituspiiriä. Tämä piiri ohjaa valosignaalin lähetystä ja havaitsee ajan, joka valolta kuluu kulkea kohteisiin ja palata kameraan. Se synkronoi lähetys- ja tunnistusprosessit varmistaakseen tarkat etäisyysmittaukset.

Modulaatio:

JotkutToF-kameratsisällyttää modulointitekniikoita etäisyysmittausten tarkkuuden ja luotettavuuden parantamiseksi. Nämä kamerat moduloivat lähetettyä valosignaalia tietyllä kuviolla tai taajuudella. Modulaatio auttaa erottamaan lähetetyn valon muista ympäristön valonlähteistä ja parantaa kameran kykyä erottaa eri objekteja kuvassa.

Syvyyden laskenta-algoritmi:

Muuntaakseen lentoaikamittaukset syvyystiedoksi ToF-kamerat käyttävät kehittyneitä algoritmeja. Nämä algoritmit analysoivat valoilmaisimelta vastaanotetun ajoitusdatan ja laskevat kameran ja kohteen välisen etäisyyden. Syvyyden laskenta-algoritmeihin liittyy usein kompensointia tekijöillä, kuten valon etenemisnopeudella, anturin vasteajalla ja ympäristön valon aiheuttamilla häiriöillä.

Syvyysdatan tulostus:

Kun syvyyslaskenta on suoritettu, ToF-kamera tuottaa syvyysdataa. Tämä data voi olla syvyyskartan, pistepilven tai kohtauksen 3D-esityksen muodossa. Sovellukset ja järjestelmät voivat käyttää syvyysdataa erilaisten toimintojen, kuten kohteiden seurannan, lisätyn todellisuuden tai robottinavigoinnin, mahdollistamiseen.

On tärkeää huomata, että ToF-kameroiden toteutus ja komponentit voivat vaihdella eri valmistajien ja mallien välillä. Teknologian kehitys voi tuoda mukanaan lisäominaisuuksia ja parannuksia, jotka parantavat ToF-kamerajärjestelmien suorituskykyä ja ominaisuuksia.

三、Sovellukset

Autoteollisuuden sovellukset

Lentoaikakameratkäytetään avustus- ja turvallisuustoiminnoissa edistyneissä autoteollisuuden sovelluksissa, kuten aktiivisessa jalankulkijoiden turvallisuudessa, törmäystä edeltävässä tunnistuksessa ja sisätiloissa, kuten poissaolotunnistuksessa (OOP).

ToF-kameroiden käyttö

Ihmisen ja koneen rajapinnat ja pelaaminen

As lentoaikakamerattarjoamalla etäisyyskuvia reaaliajassa, ihmisten liikkeitä on helppo seurata. Tämä mahdollistaa uudenlaisia ​​vuorovaikutusmahdollisuuksia kuluttajalaitteiden, kuten televisioiden, kanssa. Toinen aihe on tällaisten kameroiden käyttö pelikonsolien pelien kanssa. Xbox One -konsolin mukana alun perin toimitettu toisen sukupolven Kinect-sensori käytti etäisyyskuvaukseen lentoaikakameraa, mikä mahdollisti luonnolliset käyttöliittymät ja pelisovellukset konenäön ja eleiden tunnistustekniikoiden avulla.

Creative ja Intel tarjoavat myös vastaavanlaisen interaktiivisen eleohjauksen pelaamiseen tarkoitetun Senz3D-kameran, joka perustuu Softkineticin DepthSense 325 -kameraan. Infineon ja PMD Technologies mahdollistavat pienet integroidut 3D-syvyyskamerat lähietäisyyden eleohjaukseen kuluttajalaitteissa, kuten monitoimitietokoneissa ja kannettavissa tietokoneissa (Picco flexx- ja Picco monstar -kamerat).

ToF-kameroiden käyttö peleissä

Älypuhelinten kamerat

Useissa älypuhelimissa on lentoaikakamerat. Näitä käytetään pääasiassa valokuvien laadun parantamiseen antamalla kameraohjelmistolle tietoa etualasta ja taustasta. Ensimmäinen tällaista tekniikkaa käyttävä matkapuhelin oli LG G3, joka julkaistiin vuoden 2014 alussa.

ToF-kameroiden käyttö matkapuhelimissa

Mittaus ja konenäkö

Muita sovelluksia ovat mittaustehtävät, esimerkiksi siilojen täyttökorkeuden mittaaminen. Teollisessa konenäössä aikakamera auttaa luokittelemaan ja paikantamaan robottien käyttämiä esineitä, kuten kuljettimella ohikulkevia esineitä. Ovenohjauslaitteet voivat helposti erottaa ovelle saapuvat eläimet ja ihmiset.

Robotiikka

Näitä kameroita käytetään myös robotiikan alalla: mobiilirobotit voivat rakentaa kartan ympäristöstään hyvin nopeasti, minkä ansiosta ne voivat välttää esteitä tai seurata johtajaa. Koska etäisyyden laskenta on yksinkertaista, laskentatehoa käytetään vain vähän. Koska näitä kameroita voidaan käyttää myös etäisyyden mittaamiseen, FIRST Robotics Competition -kilpailun joukkueet ovat käyttäneet laitteita autonomisissa tehtävissä.

Maan topografia

ToF-kameraton käytetty maapallon pinnan topografian digitaalisten korkeusmallien hankkimiseen geomorfologian tutkimuksia varten.

ToF-kameroiden käyttö geomorfologiassa