I. Apa itu kamera time-of-flight?

Kamera time-of-flight (ToF) adalah jenis teknologi penginderaan kedalaman yang mengukur jarak antara kamera dan objek dalam adegan dengan menggunakan waktu yang dibutuhkan cahaya untuk menempuh perjalanan ke objek dan kembali ke kamera. Kamera ini umum digunakan dalam berbagai aplikasi seperti augmented reality, robotika, pemindaian 3D, pengenalan gerakan, dan banyak lagi.

Kamera ToFCara kerjanya adalah dengan memancarkan sinyal cahaya, biasanya cahaya inframerah, dan mengukur waktu yang dibutuhkan sinyal untuk memantul kembali setelah mengenai objek di dalam adegan. Pengukuran waktu ini kemudian digunakan untuk menghitung jarak ke objek, sehingga menciptakan peta kedalaman atau representasi 3D dari adegan tersebut.

Kamera waktu tempuh

Dibandingkan dengan teknologi pendeteksi kedalaman lainnya seperti cahaya terstruktur atau penglihatan stereo, kamera ToF menawarkan beberapa keunggulan. Kamera ini memberikan informasi kedalaman secara real-time, memiliki desain yang relatif sederhana, dan dapat bekerja dalam berbagai kondisi pencahayaan. Kamera ToF juga ringkas dan dapat diintegrasikan ke dalam perangkat yang lebih kecil seperti ponsel pintar, tablet, dan perangkat yang dapat dikenakan.

Aplikasi kamera ToF sangat beragam. Dalam realitas tertambah (augmented reality), kamera ToF dapat mendeteksi kedalaman objek secara akurat dan meningkatkan realisme objek virtual yang ditempatkan di dunia nyata. Dalam robotika, kamera ini memungkinkan robot untuk memahami lingkungan sekitarnya dan menavigasi rintangan dengan lebih efektif. Dalam pemindaian 3D, kamera ToF dapat dengan cepat menangkap geometri objek atau lingkungan untuk berbagai tujuan seperti realitas virtual, game, atau pencetakan 3D. Kamera ini juga digunakan dalam aplikasi biometrik, seperti pengenalan wajah atau pengenalan gerakan tangan.

二、Komponen-komponen kamera waktu tempuh

Kamera waktu tempuh (ToF)Terdiri dari beberapa komponen kunci yang bekerja sama untuk memungkinkan pendeteksian kedalaman dan pengukuran jarak. Komponen spesifik dapat bervariasi tergantung pada desain dan pabrikan, tetapi berikut adalah elemen fundamental yang biasanya ditemukan dalam sistem kamera ToF:

Sumber Cahaya:

Kamera ToF menggunakan sumber cahaya untuk memancarkan sinyal cahaya, biasanya dalam bentuk cahaya inframerah (IR). Sumber cahaya dapat berupa LED (Light-Emitting Diode) atau dioda laser, tergantung pada desain kamera. Cahaya yang dipancarkan bergerak menuju objek-objek dalam adegan tersebut.

Optik:

Lensa mengumpulkan cahaya yang dipantulkan dan memproyeksikan lingkungan ke sensor gambar (susunan bidang fokus). Filter pita optik hanya meloloskan cahaya dengan panjang gelombang yang sama dengan unit iluminasi. Ini membantu menekan cahaya yang tidak relevan dan mengurangi noise.

Sensor gambar:

Inilah inti dari kamera TOF. Setiap piksel mengukur waktu yang dibutuhkan cahaya untuk menempuh perjalanan dari unit iluminasi (laser atau LED) ke objek dan kembali ke susunan bidang fokus.

Rangkaian Pengaturan Waktu:

Untuk mengukur waktu tempuh secara akurat, kamera membutuhkan rangkaian pengatur waktu yang presisi. Rangkaian ini mengontrol emisi sinyal cahaya dan mendeteksi waktu yang dibutuhkan cahaya untuk menempuh perjalanan ke objek dan kembali ke kamera. Rangkaian ini menyinkronkan proses emisi dan deteksi untuk memastikan pengukuran jarak yang akurat.

Modulasi:

BeberapaKamera ToFMenggabungkan teknik modulasi untuk meningkatkan akurasi dan ketahanan pengukuran jarak. Kamera-kamera ini memodulasi sinyal cahaya yang dipancarkan dengan pola atau frekuensi tertentu. Modulasi ini membantu membedakan cahaya yang dipancarkan dari sumber cahaya sekitar lainnya dan meningkatkan kemampuan kamera untuk membedakan antara objek yang berbeda dalam suatu adegan.

Algoritma Perhitungan Kedalaman:

Untuk mengubah pengukuran waktu tempuh menjadi informasi kedalaman, kamera ToF menggunakan algoritma canggih. Algoritma ini menganalisis data waktu yang diterima dari fotodetektor dan menghitung jarak antara kamera dan objek dalam adegan. Algoritma perhitungan kedalaman seringkali melibatkan kompensasi faktor-faktor seperti kecepatan perambatan cahaya, waktu respons sensor, dan interferensi cahaya sekitar.

Output Data Kedalaman:

Setelah perhitungan kedalaman dilakukan, kamera ToF akan memberikan output data kedalaman. Output ini dapat berupa peta kedalaman, awan titik, atau representasi 3D dari adegan tersebut. Data kedalaman dapat digunakan oleh aplikasi dan sistem untuk memungkinkan berbagai fungsi seperti pelacakan objek, realitas tertambah, atau navigasi robot.

Penting untuk dicatat bahwa implementasi dan komponen spesifik kamera ToF dapat bervariasi di antara berbagai produsen dan model. Kemajuan teknologi dapat memperkenalkan fitur dan peningkatan tambahan untuk meningkatkan kinerja dan kemampuan sistem kamera ToF.

三、Aplikasi

Aplikasi otomotif

Kamera waktu tempuhdigunakan dalam fungsi bantuan dan keselamatan untuk aplikasi otomotif canggih seperti keselamatan pejalan kaki aktif, deteksi pra-tabrakan, dan aplikasi dalam ruangan seperti deteksi posisi di luar (OOP).

Penerapan kamera ToF

Antarmuka manusia-mesin dan permainan

As kamera waktu tempuhDengan menyediakan citra jarak jauh secara real-time, pelacakan pergerakan manusia menjadi mudah. ​​Hal ini memungkinkan interaksi baru dengan perangkat konsumen seperti televisi. Topik lain adalah menggunakan jenis kamera ini untuk berinteraksi dengan game pada konsol video game. Sensor Kinect generasi kedua yang awalnya disertakan dengan konsol Xbox One menggunakan kamera time-of-flight untuk pencitraan jaraknya, memungkinkan antarmuka pengguna alami dan aplikasi game menggunakan teknik visi komputer dan pengenalan gerakan.

Creative dan Intel juga menyediakan jenis kamera time-of-flight interaktif berbasis gerakan serupa untuk game, yaitu Senz3D yang didasarkan pada kamera DepthSense 325 dari Softkinetic. Infineon dan PMD Technologies memungkinkan kamera kedalaman 3D terintegrasi berukuran kecil untuk kontrol gerakan jarak dekat pada perangkat konsumen seperti PC all-in-one dan laptop (kamera Picco flexx dan Picco monstar).

Penerapan kamera ToF dalam game

Kamera ponsel pintar

Beberapa ponsel pintar menyertakan kamera time-of-flight. Kamera ini terutama digunakan untuk meningkatkan kualitas foto dengan memberikan informasi tentang latar depan dan latar belakang kepada perangkat lunak kamera. Ponsel pertama yang menggunakan teknologi tersebut adalah LG G3, yang dirilis pada awal tahun 2014.

Penerapan kamera ToF pada telepon seluler

Pengukuran dan visi mesin

Aplikasi lainnya adalah tugas pengukuran, misalnya untuk ketinggian pengisian di silo. Dalam visi mesin industri, kamera time-of-flight membantu mengklasifikasikan dan menemukan objek untuk digunakan oleh robot, seperti barang yang lewat di atas konveyor. Kontrol pintu dapat dengan mudah membedakan antara hewan dan manusia yang mencapai pintu.

Robotika

Penggunaan lain dari kamera ini adalah di bidang robotika: Robot bergerak dapat membangun peta lingkungan sekitarnya dengan sangat cepat, memungkinkan mereka untuk menghindari rintangan atau mengikuti orang yang memimpin. Karena perhitungan jaraknya sederhana, hanya sedikit daya komputasi yang digunakan. Karena kamera ini juga dapat digunakan untuk mengukur jarak, tim-tim dalam Kompetisi Robotika FIRST diketahui menggunakan perangkat ini untuk rutinitas otonom.

Topografi bumi

Kamera ToFtelah digunakan untuk memperoleh model elevasi digital dari topografi permukaan Bumi, untuk studi di bidang geomorfologi.

Penerapan kamera ToF dalam geomorfologi