一、Što su kamere za vrijeme leta?

Time-of-flight (ToF) kamere su vrsta tehnologije detekcije dubine koja mjeri udaljenost između kamere i objekata u sceni koristeći vrijeme koje je potrebno svjetlu da putuje do objekata i natrag do kamere. Obično se koriste u raznim aplikacijama kao što su proširena stvarnost, robotika, 3D skeniranje, prepoznavanje gesta itd.

ToF kamererade emitiranjem svjetlosnog signala, obično infracrvenog svjetla, i mjerenjem vremena koje je potrebno da se signal odbije nakon udarca u objekte u sceni. Ovo mjerenje vremena zatim se koristi za izračunavanje udaljenosti do objekata, stvarajući mapu dubine ili 3D prikaz scene.

Kamere za vrijeme leta

U usporedbi s drugim tehnologijama detekcije dubine kao što su strukturirano svjetlo ili stereo vid, ToF kamere nude nekoliko prednosti. Oni pružaju informacije o dubini u stvarnom vremenu, imaju relativno jednostavan dizajn i mogu raditi u različitim uvjetima osvjetljenja. ToF kamere također su kompaktne i mogu se integrirati u manje uređaje poput pametnih telefona, tableta i nosivih uređaja.

Primjene ToF kamera su raznolike. U proširenoj stvarnosti, ToF kamere mogu točno otkriti dubinu objekata i poboljšati realizam virtualnih objekata postavljenih u stvarni svijet. U robotici, oni omogućuju robotima da percipiraju svoju okolinu i učinkovitije se kreću kroz prepreke. U 3D skeniranju, ToF kamere mogu brzo uhvatiti geometriju objekata ili okruženja za razne svrhe poput virtualne stvarnosti, igranja ili 3D ispisa. Također se koriste u biometrijskim aplikacijama, kao što je prepoznavanje lica ili prepoznavanje pokreta rukom.

二、Komponente kamera za vrijeme leta

Time-of-flight (ToF) kameresastoji se od nekoliko ključnih komponenti koje rade zajedno kako bi omogućile detekciju dubine i mjerenje udaljenosti. Specifične komponente mogu se razlikovati ovisno o dizajnu i proizvođaču, ali ovdje su osnovni elementi koji se obično nalaze u sustavima ToF kamera:

Izvor svjetla:

ToF kamere koriste izvor svjetlosti za emitiranje svjetlosnog signala, obično u obliku infracrvenog (IR) svjetla. Izvor svjetla može biti LED (Light-Emitting Diode) ili laserska dioda, ovisno o dizajnu kamere. Emitirana svjetlost putuje prema objektima u sceni.

Optika:

Leća skuplja reflektirano svjetlo i prikazuje okolinu na senzoru slike (matrica u žarišnoj ravnini). Optički pojasni filtar propušta samo svjetlost iste valne duljine kao i jedinica za osvjetljavanje. To pomaže u suzbijanju neprikladnog svjetla i smanjenju buke.

Senzor slike:

Ovo je srce TOF kamere. Svaki piksel mjeri vrijeme koje je svjetlu trebalo da putuje od iluminacijske jedinice (lasera ili LED-a) do objekta i natrag do polja žarišne ravnine.

Vremenski krug:

Kako bi se točno izmjerilo vrijeme leta, kamera treba precizni vremenski sklop. Ovaj sklop kontrolira emisiju svjetlosnog signala i detektira vrijeme koje je potrebno svjetlu da putuje do objekata i vrati se u kameru. Sinkronizira procese emisije i detekcije kako bi se osigurala točna mjerenja udaljenosti.

Modulacija:

NekiToF kamereuključiti modulacijske tehnike za poboljšanje točnosti i robusnosti mjerenja udaljenosti. Ove kamere moduliraju emitirani svjetlosni signal određenim uzorkom ili frekvencijom. Modulacija pomaže u razlikovanju emitiranog svjetla od drugih izvora ambijentalnog svjetla i poboljšava sposobnost kamere da razlikuje različite objekte u sceni.

Algoritam za izračun dubine:

Za pretvaranje mjerenja vremena leta u podatke o dubini, ToF kamere koriste sofisticirane algoritme. Ovi algoritmi analiziraju vremenske podatke primljene od fotodetektora i izračunavaju udaljenost između kamere i objekata u sceni. Algoritmi za izračun dubine često uključuju kompenzaciju čimbenika poput brzine širenja svjetlosti, vremena odziva senzora i interferencije ambijentalnog svjetla.

Izlazni podaci o dubini:

Nakon što se izvrši izračun dubine, ToF kamera daje izlaz podataka o dubini. Ovaj izlaz može biti u obliku karte dubine, oblaka točaka ili 3D prikaza scene. Podatke o dubini mogu koristiti aplikacije i sustavi za omogućavanje različitih funkcija poput praćenja objekata, proširene stvarnosti ili robotske navigacije.

Važno je napomenuti da se specifična implementacija i komponente ToF kamera mogu razlikovati ovisno o proizvođaču i modelu. Napredak tehnologije može uvesti dodatne značajke i poboljšanja za poboljšanje performansi i mogućnosti sustava ToF kamera.

三、Aplikacije

Automobilske aplikacije

Kamere za mjerenje vremena letakoriste se u pomoćnim i sigurnosnim funkcijama za napredne automobilske aplikacije kao što je aktivna sigurnost pješaka, detekcija prije sudara i unutarnje aplikacije kao što je detekcija izvan položaja (OOP).

Primjena ToF kamera

Sučelja čovjek-stroj i igre

As kamere za mjerenje vremena letapružaju slike udaljenosti u stvarnom vremenu, lako je pratiti kretanje ljudi. To omogućuje nove interakcije s potrošačkim uređajima kao što su televizori. Druga tema je korištenje ove vrste kamera za interakciju s igrama na konzolama za videoigre. Kinect senzor druge generacije koji je izvorno uključen u konzolu Xbox One koristio je kameru za mjerenje vremena leta za prikaz dometa, omogućujući prirodna korisnička sučelja i igranje aplikacije koje koriste tehnike računalnog vida i prepoznavanja gesta.

Creative i Intel također nude sličnu vrstu interaktivne geste time-of-flight kamere za igranje, Senz3D koja se temelji na kameri DepthSense 325 tvrtke Softkinetic. Infineon i PMD Technologies omogućuju sićušne integrirane 3D dubinske kamere za upravljanje pokretima iz blizine potrošačkih uređaja kao što su sve-u-jednom računala i prijenosna računala (Picco flexx i Picco monstar kamere).

Primjena ToF kamera u igrama

Kamere pametnog telefona

Nekoliko pametnih telefona uključuje kamere za mjerenje vremena leta. Oni se uglavnom koriste za poboljšanje kvalitete fotografija pružanjem softveru kamere informacija o prednjem planu i pozadini. Prvi mobilni telefon koji koristi takvu tehnologiju bio je LG G3, objavljen početkom 2014.

Primjena ToF kamera u mobilnim telefonima

Mjerenje i strojni vid

Ostale primjene su zadaci mjerenja, npr. za visinu punjenja u silosima. U industrijskom strojnom vidu, kamera za mjerenje vremena leta pomaže klasificirati i locirati objekte za upotrebu od strane robota, poput predmeta koji prolaze na pokretnoj traci. Kontrole vrata mogu lako razlikovati životinje od ljudi koji dolaze do vrata.

Robotika

Još jedna upotreba ovih kamera je polje robotike: mobilni roboti mogu vrlo brzo izraditi kartu svog okruženja, omogućujući im da izbjegnu prepreke ili slijede osobu koja ih vodi. Kako je izračun udaljenosti jednostavan, koristi se samo malo računalne snage. Budući da se ove kamere također mogu koristiti za mjerenje udaljenosti, timovi za PRVO natjecanje u robotici poznato je da koriste uređaje za autonomne rutine.

Zemljina topografija

ToF kamerekorišteni su za dobivanje digitalnih modela visina topografije Zemljine površine, za studije u geomorfologiji.

Primjena ToF kamera u geomorfologiji