一, Mit jelent a repülési idő kamera?

A repülési idő (ToF) kamerák a mélységérzékelő technológia egyik fajtája, amely a kamera és a jelenetben lévő objektumok közötti távolságot méri, felhasználva azt az időt, amely alatt a fény eljut a tárgyakhoz és vissza a kamerához. Általában különféle alkalmazásokban használják őket, mint például a kiterjesztett valóság, a robotika, a 3D szkennelés, a gesztusfelismerés stb.

ToF kamerákfényjelet, jellemzően infravörös fényt bocsát ki, és méri azt az időt, amely alatt a jel visszaverődik, miután a jelenetben lévő tárgyakat eltalálta. Ezt az időmérést azután az objektumok távolságának kiszámítására használják, így készítik el a mélységtérképet vagy a jelenet 3D-s ábrázolását.

A repülési kamerák ideje

Más mélységérzékelő technológiákhoz képest, mint például a strukturált fény vagy a sztereó kép, a ToF kamerák számos előnnyel rendelkeznek. Valós idejű mélységinformációt adnak, viszonylag egyszerű felépítésűek, és különféle fényviszonyok között is működhetnek. A ToF kamerák szintén kompaktak, és kisebb eszközökbe, például okostelefonokba, táblagépekbe és hordható eszközökbe integrálhatók.

A ToF kamerák alkalmazásai sokrétűek. A kiterjesztett valóságban a ToF kamerák pontosan érzékelik az objektumok mélységét, és javítják a valós világban elhelyezett virtuális objektumok valósághűségét. A robotikában lehetővé teszik a robotok számára, hogy érzékeljék környezetüket, és hatékonyabban navigálják az akadályokat. A 3D-s szkennelés során a ToF-kamerák gyorsan rögzíthetik az objektumok vagy környezetek geometriáját különféle célokra, például virtuális valósághoz, játékhoz vagy 3D-s nyomtatáshoz. Biometrikus alkalmazásokban is használatosak, például arcfelismerésben vagy kézmozdulat-felismerésben.

二,A repülési idő kameráinak összetevői

Repülési idő (ToF) kameráktöbb kulcsfontosságú komponensből áll, amelyek együtt működnek a mélységérzékelés és a távolságmérés érdekében. Az egyes alkatrészek a tervezéstől és a gyártótól függően változhatnak, de itt vannak a ToF kamerarendszerekben jellemzően megtalálható alapvető elemek:

Fényforrás:

A ToF kamerák fényforrást használnak fényjel kibocsátására, általában infravörös (IR) fény formájában. A fényforrás a kamera kialakításától függően lehet LED (Light-Emitting Diode) vagy lézerdióda. A kibocsátott fény a jelenet tárgyai felé halad.

Optika:

Az objektív összegyűjti a visszavert fényt, és a környezetet a képérzékelőre (fókuszsík-tömb) ábrázolja. Az optikai sáváteresztő szűrő csak a megvilágító egységével megegyező hullámhosszú fényt enged át. Ez segít elnyomni a nem megfelelő fényt és csökkenti a zajt.

Képérzékelő:

Ez a TOF kamera szíve. Mindegyik pixel azt az időt méri, ameddig a fény eljutott a megvilágító egységtől (lézer vagy LED) a tárgyig, majd vissza a fókuszsík tömbig.

Időzítési áramkör:

A repülési idő pontos méréséhez a kamerának pontos időzítő áramkörre van szüksége. Ez az áramkör szabályozza a fényjel kibocsátását, és érzékeli azt az időt, amely alatt a fény eljut a tárgyakhoz, és visszatér a kamerához. A pontos távolságmérés érdekében szinkronizálja a kibocsátási és észlelési folyamatokat.

Moduláció:

NéhányToF kamerákmodulációs technikákat tartalmaznak a távolságmérés pontosságának és robusztusságának javítása érdekében. Ezek a kamerák meghatározott mintázattal vagy frekvenciával modulálják a kibocsátott fényjelet. A moduláció segít megkülönböztetni a kibocsátott fényt más környezeti fényforrásoktól, és javítja a kamera azon képességét, hogy különbséget tudjon tenni a jelenet különböző objektumai között.

Mélységszámítási algoritmus:

A repülési idő méréseinek mélységi információkká való konvertálásához a ToF kamerák kifinomult algoritmusokat használnak. Ezek az algoritmusok elemzik a fotodetektortól kapott időzítési adatokat, és kiszámítják a kamera és a jelenetben lévő objektumok közötti távolságot. A mélységszámítási algoritmusok gyakran olyan tényezők kompenzálását foglalják magukban, mint a fény terjedési sebessége, az érzékelő válaszideje és a környezeti fény interferencia.

Mélységi adatkimenet:

A mélységszámítás elvégzése után a ToF kamera mélységadatokat bocsát ki. Ez a kimenet lehet mélységtérkép, pontfelhő vagy a jelenet 3D-s ábrázolása. A mélységi adatokat az alkalmazások és rendszerek felhasználhatják különféle funkciók, például objektumkövetés, kiterjesztett valóság vagy robotnavigáció lehetővé tételére.

Fontos megjegyezni, hogy a ToF kamerák konkrét megvalósítása és összetevői gyártónként és modellenként eltérőek lehetnek. A technológia fejlődése további funkciókat és fejlesztéseket vezethet be a ToF kamerarendszerek teljesítményének és képességeinek javítása érdekében.

三、Alkalmazások

Autóipari alkalmazások

Repülési idő kamerákA fejlett autóipari alkalmazások segéd- és biztonsági funkcióiban használatosak, mint például az aktív gyalogosbiztonság, az ütközés előtti észlelés és a beltéri alkalmazások, például az out-of-position (OOP) észlelése.

ToF kamerák alkalmazása

Ember-gép interfészek és játék

As repülési idő kamerákvalós idejű távolsági képeket biztosít, így könnyen nyomon követhető az emberek mozgása. Ez új interakciókat tesz lehetővé fogyasztói eszközökkel, például televíziókkal. Egy másik téma az ilyen típusú kamerák használata a videojáték-konzolokon lévő játékokkal való interakcióhoz. Az eredetileg az Xbox One konzolhoz mellékelt második generációs Kinect érzékelő repülési idő kamerát használt a hatótávolság-képalkotáshoz, lehetővé téve a természetes felhasználói felületeket és a játékot. számítógépes látás- és gesztusfelismerő technikákat alkalmazó alkalmazások.

A Creative és az Intel hasonló típusú interaktív, repülési időre mutató kamerát is kínál játékokhoz, a Senz3D-t, amely a Softkinetic DepthSense 325 kameráján alapul. Az Infineon és a PMD Technologies apró integrált 3D mélységkamerákat tesz lehetővé a fogyasztói eszközök, például az egyben PC-k és laptopok (Picco flexx és Picco monstar kamerák) közeli kézmozdulatokkal történő vezérléséhez.

ToF kamerák alkalmazása játékokban

Okostelefon kamerák

Számos okostelefon tartalmaz repülési idő kamerát. Ezeket főként a fényképek minőségének javítására használják azáltal, hogy a fényképezőgép szoftverét információval látják el az előtérről és a háttérről. Az első ilyen technológiát alkalmazó mobiltelefon a 2014 elején kiadott LG G3 volt.

ToF kamerák alkalmazása mobiltelefonokban

Mérés és gépi látás

Egyéb alkalmazások mérési feladatok, pl. silók feltöltési magassága. Az ipari gépi látásban a repülési idő kamera segít osztályozni és megtalálni a robotok által használható tárgyakat, például a szállítószalagon elhaladó tárgyakat. Az ajtóvezérlők könnyen megkülönböztetik az ajtót elérő állatokat és embereket.

Robotika

E kamerák másik felhasználási területe a robotika: a mobil robotok nagyon gyorsan képesek térképet készíteni a környezetükről, így elkerülhetik az akadályokat vagy követhetik a vezető személyt. Mivel a távolság kiszámítása egyszerű, csak kevés számítási teljesítményt használnak fel. Mivel ezek a kamerák távolságmérésre is használhatók, a FIRST Robotics Competition csapatairól ismert, hogy az eszközöket autonóm rutinokhoz használják.

Föld topográfia

ToF kameráka Föld felszíni topográfiájának digitális domborzati modelljeit használták fel a geomorfológiai tanulmányokhoz.

ToF kamerák alkalmazása a geomorfológiában