一、 Che cos'è il tempo delle telecamere di volo?

Le telecamere TOPE-of-Flight (TOF) sono un tipo di tecnologia di rilevamento della profondità che misura la distanza tra la fotocamera e gli oggetti nella scena usando il tempo impiegato dalla luce per viaggiare verso gli oggetti e tornare alla fotocamera. Sono comunemente usati in varie applicazioni come la realtà aumentata, la robotica, la scansione 3D, il riconoscimento dei gesti e altro ancora.

Telecamere tofLavora emettendo un segnale luminoso, in genere luce a infrarossi e misurando il tempo impiegato dal segnale di rimbalzare dopo aver colpito gli oggetti nella scena. Questa misurazione temporale viene quindi utilizzata per calcolare la distanza dagli oggetti, creando una mappa di profondità o una rappresentazione 3D della scena.

Il tempo delle telecamere di volo

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

Le applicazioni delle telecamere TOF sono diverse. Nella realtà aumentata, le telecamere TOF possono rilevare accuratamente la profondità degli oggetti e migliorare il realismo degli oggetti virtuali collocati nel mondo reale. In robotica, consentono ai robot di percepire l'ambiente circostante e di navigare in modo più efficace. Nella scansione 3D, le telecamere TOF possono catturare rapidamente la geometria di oggetti o ambienti per vari scopi come la realtà virtuale, i giochi o la stampa 3D. Sono anche utilizzati in applicazioni biometriche, come il riconoscimento facciale o il riconoscimento dei gesti delle mani.

二、Componenti delle telecamere di volo

Telecamere tempo di volo (TOF)consiste in diversi componenti chiave che lavorano insieme per consentire il rilevamento della profondità e la misurazione della distanza. I componenti specifici possono variare a seconda della progettazione e del produttore, ma ecco gli elementi fondamentali che si trovano in genere nei sistemi di telecamere TOF:

Fonte luminosa:

Le telecamere TOF usano una sorgente luminosa per emettere un segnale luminoso, di solito sotto forma di luce a infrarossi (IR). La sorgente luminosa può essere un LED (diodo a emissione di luce) 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 (array di piano focale). Un filtro passa-banda ottico passa solo la luce con la stessa lunghezza d'onda dell'unità di illuminazione. Questo aiuta a sopprimere la luce non pertinente e ridurre il rumore.

Sensore di immagine:

Questo è il cuore della fotocamera TOF. Ogni pixel misura il tempo che la luce ha impiegato per viaggiare dall'unità di illuminazione (laser o LED) all'oggetto e di nuovo all'array del piano focale.

Circuito di temporizzazione:

Per misurare accuratamente il tempo di volo, la fotocamera ha bisogno di circuiti di temporizzazione precisi. Questo circuito controlla l'emissione del segnale di luce e rileva il tempo impiegato dalla luce per viaggiare verso gli oggetti e tornare alla fotocamera. Sincronizza i processi di emissione e rilevamento per garantire misurazioni della distanza accurate.

Modulazione:

AlcuniTelecamere tofIncorporare tecniche di modulazione per migliorare l'accuratezza e la robustezza delle misurazioni della distanza. Queste telecamere modulano il segnale di luce emesso con un modello 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 oggetti diversi nella scena.

Algoritmo di calcolo della profondità:

Per convertire le misurazioni del tempo di volo in informazioni approfondite, le telecamere TOF utilizzano algoritmi sofisticati. Questi algoritmi analizzano i dati di temporizzazione ricevuti dal fotodettore e calcolano la distanza tra la fotocamera e gli oggetti nella scena. Gli algoritmi di calcolo della profondità comportano spesso compensazione di fattori come 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 un'uscita 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 consentire varie funzionalità come il monitoraggio degli oggetti, la realtà aumentata o la navigazione robotica.

È importante notare che l'implementazione e i componenti specifici delle telecamere TOF possono variare tra diversi produttori e modelli. I progressi della tecnologia possono introdurre ulteriori caratteristiche e miglioramenti per migliorare le prestazioni e le capacità dei sistemi di telecamere TOF.

三、 Applicazioni

Applicazioni automobilistiche

Telecamere tempo di volosono utilizzati nelle funzioni di assistenza e sicurezza per applicazioni automobilistiche avanzate come sicurezza dei pedoni attivi, rilevamento precrash e applicazioni interne come il rilevamento fuori posizione (OOP).

L'applicazione di telecamere TOF

Interfacce e giochi umani

As telecamere tempo di voloFornire immagini a distanza in tempo reale, è facile tracciare i movimenti degli umani. Ciò consente nuove interazioni con dispositivi di consumo come i televisori. Un altro argomento è quello di utilizzare questo tipo di fotocamere per interagire con i giochi sulle console dei videogiochi. Il sensore Kinect di seconda generazione originariamente incluso con la console Xbox One ha utilizzato una fotocamera a tempo di volo per il suo imaging a portata Applicazioni che utilizzano tecniche di riconoscimento della visione e dei gesti.

Creative e Intel forniscono anche un tipo simile di gesti interattiva per i giochi, il Senz3D basato sulla fotocamera 325 di profondità di softchetico. Le tecnologie Infineon e PMD consentono minuscole telecamere di profondità 3D integrate per il controllo gestile a distanza a distanza di dispositivi di consumo come PC e laptop all-in-one (telecamere PICCO Flexx e Picco Monstar).

L'applicazione delle telecamere TOF nei giochi

Telecamere per smartphone

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

L'applicazione di telecamere 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 meccanica industriale, la fotocamera del tempo di volo aiuta a classificare e individuare oggetti da utilizzare da robot, come articoli che passano su un trasportatore. I controlli delle porte possono distinguere facilmente tra animali e umani che raggiungono la porta.

Robotica

Un altro uso di queste telecamere è il campo della robotica: i robot mobili possono costruire una mappa di ciò che li circonda molto rapidamente, consentendo loro di evitare ostacoli o seguire una persona di spicco. Poiché il calcolo della distanza è semplice, viene utilizzata solo una piccola potenza computazionale. Poiché queste telecamere possono anche essere utilizzate per misurare la distanza, è noto che i team per la prima competizione di robotica utilizzano i dispositivi per le routine autonome.

Topografia terrestre

Telecamere tofsono stati utilizzati per ottenere modelli di elevazione digitale della topografia superficiale terrestre, per studi in geomorfologia.

L'applicazione di telecamere TOF in geomorfologia