一、Che ore sono le telecamere di volo?

Le fotocamere Time-of-flight (ToF) sono un tipo di tecnologia di rilevamento della profondità che misura la distanza tra la fotocamera e gli oggetti nella scena utilizzando il tempo impiegato dalla luce per raggiungere gli oggetti e tornare alla fotocamera. Sono comunemente utilizzati in varie applicazioni come realtà aumentata, robotica, scansione 3D, riconoscimento dei gesti e altro ancora.

Fotocamere ToFfunzionano emettendo un segnale luminoso, tipicamente luce infrarossa, e misurando il tempo impiegato dal segnale per riprendersi dopo aver colpito gli oggetti nella scena. Questa misurazione del tempo viene quindi utilizzata per calcolare la distanza dagli oggetti, creando una mappa di profondità o una rappresentazione 3D della scena.

L'ora delle telecamere di volo

Rispetto ad altre tecnologie di rilevamento della profondità come la luce strutturata o la visione stereo, le fotocamere ToF offrono numerosi vantaggi. Forniscono informazioni sulla profondità in tempo reale, hanno un design relativamente semplice e possono funzionare in varie condizioni di illuminazione. Le fotocamere ToF sono anche compatte e possono essere integrate in dispositivi più piccoli come smartphone, tablet e dispositivi indossabili.

Le applicazioni delle fotocamere ToF sono diverse. Nella realtà aumentata, le telecamere ToF possono rilevare con precisione la profondità degli oggetti e migliorare il realismo degli oggetti virtuali collocati nel mondo reale. Nella robotica, consentono ai robot di percepire l’ambiente circostante e di superare gli ostacoli in modo più efficace. Nella scansione 3D, le fotocamere ToF possono catturare rapidamente la geometria di oggetti o ambienti per vari scopi come realtà virtuale, giochi o stampa 3D. Vengono utilizzati anche in applicazioni biometriche, come il riconoscimento facciale o il riconoscimento dei gesti delle mani.

二、Componenti delle telecamere del tempo di volo

Telecamere del tempo di volo (ToF).sono costituiti da diversi componenti chiave che lavorano insieme per consentire il rilevamento della profondità e la misurazione della distanza. I componenti specifici possono variare a seconda del design e del produttore, ma ecco gli elementi fondamentali tipicamente presenti nei sistemi di fotocamere ToF:

Sorgente luminosa:

Le telecamere ToF utilizzano una sorgente luminosa per emettere un segnale luminoso, solitamente sotto forma di luce infrarossa (IR). La sorgente luminosa può essere un LED (diodo a emissione luminosa) o un diodo laser, a seconda del design della fotocamera. La luce emessa viaggia verso gli oggetti nella scena.

Ottica:

Una lente raccoglie la luce riflessa e immagina l'ambiente sul sensore di immagine (focal Plane Array). Un filtro ottico passa-banda lascia passare la luce solo con la stessa lunghezza d'onda dell'unità di illuminazione. Ciò aiuta a sopprimere la luce non pertinente e a ridurre il rumore.

Sensore di immagine:

Questo è il cuore della fotocamera TOF. Ogni pixel misura il tempo impiegato dalla luce per viaggiare dall'unità di illuminazione (laser o LED) all'oggetto e di nuovo al sistema sul piano focale.

Circuito di temporizzazione:

Per misurare con precisione il tempo di volo, la fotocamera necessita di circuiti di temporizzazione precisi. Questo circuito controlla l'emissione del segnale luminoso e rileva il tempo impiegato dalla luce per raggiungere gli oggetti e tornare alla telecamera. Sincronizza i processi di emissione e rilevamento per garantire misurazioni accurate della distanza.

Modulazione:

AlcuniFotocamere ToFincorporare tecniche di modulazione per migliorare la precisione e la robustezza delle misurazioni della distanza. Queste telecamere modulano il segnale luminoso emesso con uno schema o una frequenza specifica. La modulazione aiuta a distinguere la luce emessa da altre fonti di luce ambientale e migliora la capacità della fotocamera di distinguere tra diversi oggetti nella scena.

Algoritmo di calcolo della profondità:

Per convertire le misurazioni del tempo di volo in informazioni di profondità, le fotocamere ToF utilizzano sofisticati algoritmi. Questi algoritmi analizzano i dati temporali ricevuti dal fotorilevatore e calcolano la distanza tra la telecamera e gli oggetti nella scena. Gli algoritmi di calcolo della profondità spesso comportano la compensazione di fattori quali la velocità di propagazione della luce, il tempo di risposta del sensore e l'interferenza della luce ambientale.

Output dei dati di profondità:

Una volta eseguito il calcolo della profondità, la fotocamera ToF fornisce l'output dei dati di profondità. Questo output può assumere la forma di una mappa di profondità, una nuvola di punti o una rappresentazione 3D della scena. I dati di profondità possono essere utilizzati da applicazioni e sistemi per abilitare varie funzionalità come il tracciamento degli oggetti, la realtà aumentata o la navigazione robotica.

È importante notare che l'implementazione specifica e i componenti delle fotocamere ToF possono variare a seconda dei diversi produttori e modelli. I progressi tecnologici possono introdurre funzionalità e miglioramenti aggiuntivi per migliorare le prestazioni e le capacità dei sistemi di fotocamere ToF.

三、Applicazioni

Applicazioni automobilistiche

Telecamere del tempo di volosono utilizzati nelle funzioni di assistenza e sicurezza per applicazioni automobilistiche avanzate come la sicurezza attiva dei pedoni, il rilevamento pre-crash e applicazioni interne come il rilevamento fuori posizione (OOP).

L'applicazione delle fotocamere ToF

Interfacce uomo-macchina e gaming

As telecamere del tempo di volofornire immagini della distanza in tempo reale, è facile tracciare i movimenti degli esseri umani. Ciò consente nuove interazioni con i dispositivi di consumo come i televisori. Un altro argomento è l'utilizzo di questo tipo di fotocamere per interagire con i giochi sulle console per videogiochi. Il sensore Kinect di seconda generazione originariamente incluso con la console Xbox One utilizzava una fotocamera del tempo di volo per l'imaging della portata, consentendo interfacce utente e giochi naturali. applicazioni che utilizzano tecniche di visione artificiale e riconoscimento dei gesti.

Creative e Intel forniscono anche un tipo simile di fotocamera gestuale interattiva per il tempo di volo per i giochi, la Senz3D basata sulla fotocamera DepthSense 325 di Softdynamic. Infineon e PMD Technologies abilitano minuscole telecamere di profondità 3D integrate per il controllo gestuale a distanza ravvicinata di dispositivi consumer come PC e laptop all-in-one (fotocamere Picco flexx e Picco monstar).

L'applicazione delle fotocamere ToF nei giochi

Fotocamere degli smartphone

Diversi smartphone includono telecamere per l'orario di volo. Questi vengono utilizzati principalmente per migliorare la qualità delle foto fornendo al software della fotocamera informazioni su primo piano e sfondo. Il primo telefono cellulare a utilizzare tale tecnologia è stato l’LG G3, lanciato all’inizio del 2014.

L'applicazione delle fotocamere ToF nei telefoni cellulari

Misurazione e visione artificiale

Altre applicazioni sono compiti di misurazione, ad esempio per l'altezza di riempimento nei silos. Nella visione artificiale industriale, la telecamera del tempo di volo aiuta a classificare e localizzare gli oggetti utilizzabili dai robot, come gli oggetti che passano su un nastro trasportatore. I controlli delle porte possono distinguere facilmente tra animali ed esseri umani che raggiungono la porta.

Robotica

Un altro utilizzo di queste telecamere è nel campo della robotica: i robot mobili possono costruire molto rapidamente una mappa dell'ambiente circostante, consentendo loro di evitare ostacoli o seguire una persona che li guida. Poiché il calcolo della distanza è semplice, viene utilizzata solo poca potenza di calcolo. Poiché queste telecamere possono essere utilizzate anche per misurare la distanza, è noto che i team della FIRST Robotics Competition utilizzano i dispositivi per routine autonome.

Topografia terrestre

Fotocamere ToFsono stati utilizzati per ottenere modelli digitali di elevazione della topografia della superficie terrestre, per studi di geomorfologia.

L'applicazione delle telecamere ToF in geomorfologia