Što su kamere za mjerenje vremena leta?

Kamere s mjerenjem vremena leta (ToF) vrsta su tehnologije dubinskog očitavanja koja mjeri udaljenost između kamere i objekata u sceni koristeći vrijeme potrebno svjetlosti da putuje do objekata i natrag do kamere. Često se koriste u raznim primjenama kao što su proširena stvarnost, robotika, 3D skeniranje, prepoznavanje gesti i drugo.

ToF kamererade emitiranjem svjetlosnog signala, obično infracrvenog svjetla, i mjerenjem vremena potrebnog da se signal odbije nakon što udari u objekte u sceni. Ovo mjerenje vremena zatim se koristi za izračun udaljenosti do objekata, stvaranje karte dubine ili 3D prikaza scene.

Kamere za mjerenje vremena leta

U usporedbi s drugim tehnologijama dubinskog očitavanja poput strukturiranog svjetla ili stereo vida, ToF kamere nude nekoliko prednosti. Pružaju informacije o dubini u stvarnom vremenu, imaju relativno jednostavan dizajn i mogu raditi u različitim uvjetima osvjetljenja. ToF kamere su također 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 detektirati dubinu objekata i poboljšati realizam virtualnih objekata smještenih u stvarnom svijetu. U robotici omogućuju robotima da percipiraju svoju okolinu i učinkovitije se snalaze u preprekama. U 3D skeniranju, ToF kamere mogu brzo snimiti geometriju objekata ili okruženja u različite svrhe poput virtualne stvarnosti, igara ili 3D ispisa. Također se koriste u biometrijskim primjenama, kao što je prepoznavanje lica ili gestikulacije ruku.

二、Komponente kamera za mjerenje vremena leta

Kamere za mjerenje vremena leta (ToF)sastoje 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 evo osnovnih elemenata koji se obično nalaze u ToF sustavima kamera:

Izvor svjetlosti:

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

Optika:

Leća skuplja reflektiranu svjetlost i snima okolinu na senzor slike (niz žarišne ravnine). Optički propusnik propušta samo svjetlost iste valne duljine kao i jedinica za osvjetljavanje. To pomaže u suzbijanju neželjene svjetlosti i smanjenju šuma.

Senzor slike:

Ovo je srce TOF kamere. Svaki piksel mjeri vrijeme koje je svjetlosti potrebno da putuje od jedinice za osvjetljavanje (lasera ili LED diode) do objekta i natrag do niza žarišne ravnine.

Vremenski krug:

Za točno mjerenje vremena leta, kameri je potreban precizni sklop za mjerenje vremena. Ovaj sklop kontrolira emisiju svjetlosnog signala i detektira vrijeme potrebno da svjetlost putuje do objekata i vrati se u kameru. Sinkronizira procese emisije i detekcije kako bi se osigurala točna mjerenja udaljenosti.

Modulacija:

NekiToF kamereuključuju tehnike modulacije 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 ambijentalne svjetlosti i poboljšava sposobnost kamere da razlikuje različite objekte u sceni.

Algoritam za izračun dubine:

Za pretvaranje mjerenja vremena leta u informacije o dubini, ToF kamere koriste sofisticirane algoritme. Ti algoritmi analiziraju podatke o vremenu 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.

Izlaz podataka o dubini:

Nakon što se izvrši izračun dubine, ToF kamera pruža izlaz podataka o dubini. Taj izlaz može biti u obliku karte dubine, oblaka točaka ili 3D prikaza scene. Podatke o dubini mogu koristiti aplikacije i sustavi za omogućavanje raznih funkcionalnosti 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 u tehnologiji može uvesti dodatne značajke i poboljšanja za poboljšanje performansi i mogućnosti ToF sustava kamera.

三、Aplikacije

Automobilske primjene

Kamere za mjerenje vremena letakoriste se u funkcijama pomoći i sigurnosti za napredne automobilske primjene kao što su aktivna sigurnost pješaka, otkrivanje prije sudara i primjene u zatvorenom prostoru poput otkrivanja izvan položaja (OOP).

Primjena ToF kamera

Sučelja čovjek-stroj i igranje

As kamere za mjerenje vremena letapružajući slike udaljenosti u stvarnom vremenu, lako je pratiti kretanje ljudi. To omogućuje nove interakcije s potrošačkim uređajima poput televizora. Druga tema je korištenje ove vrste kamera za interakciju s igrama na konzolama za videoigre. Kinect senzor druge generacije, izvorno uključen u konzolu Xbox One, koristio je kameru za snimanje vremena leta za snimanje udaljenosti, omogućujući prirodna korisnička sučelja i aplikacije za igre pomoću računalnog vida i tehnika prepoznavanja gesti.

Creative i Intel također nude sličnu vrstu interaktivne kamere za igranje igara s gestama, Senz3D temeljenu na DepthSense 325 kameri tvrtke Softkinetic. Infineon i PMD Technologies omogućuju male integrirane 3D dubinske kamere za upravljanje gestama iz blizine na potrošačkim uređajima poput all-in-one računala i prijenosnih računala (kamere Picco flexx i Picco monstar).

Primjena ToF kamera u igrama

Kamere pametnih telefona

Nekoliko pametnih telefona uključuje kamere koje mjere vrijeme leta. One se uglavnom koriste za poboljšanje kvalitete fotografija pružanjem informacija o prednjem planu i pozadini softveru kamere. Prvi mobilni telefon koji je koristio takvu tehnologiju bio je LG G3, izdan početkom 2014. godine.

Primjena ToF kamera u mobilnim telefonima

Mjerenje i strojni vid

Druge primjene su zadaci mjerenja, npr. za visinu punjenja u silosima. U industrijskom strojnom vidu, kamera s mjerenjem vremena leta pomaže u klasifikaciji i lociranju objekata za korištenje od strane robota, poput predmeta koji prolaze na transporteru. Upravljači vratima mogu lako razlikovati životinje od ljudi koji dolaze do vrata.

Robotika

Druga upotreba ovih kamera je područje robotike: Mobilni roboti mogu vrlo brzo izgraditi kartu svoje okoline, što im omogućuje izbjegavanje prepreka ili praćenje vodeće osobe. Budući da je izračun udaljenosti jednostavan, koristi se samo malo računalne snage. Budući da se ove kamere mogu koristiti i za mjerenje udaljenosti, poznato je da timovi za FIRST Robotics Competition koriste uređaje za autonomne rutine.

Topografija Zemlje

ToF kamerekorišteni su za dobivanje digitalnih modela elevacije Zemljine površinske topografije, za studije u geomorfologiji.

Primjena ToF kamera u geomorfologiji