一、 מה הזמן של מצלמות טיסה?

מצלמות זמן טיסה (TOF) הן סוג של טכנולוגיה לחישת עומק המודדת את המרחק בין המצלמה לאובייקטים בסצינה באמצעות הזמן שלוקח לאור לנסוע לחפצים ובחזרה למצלמה. הם משמשים בדרך כלל ביישומים שונים כמו מציאות מוגברת, רובוטיקה, סריקת תלת מימד, זיהוי מחוות ועוד.

מצלמות TOFעבדו על ידי פליטת אות קל, בדרך כלל אור אינפרא אדום ומדידת הזמן שלוקח לאות להקפיץ בחזרה לאחר פגיעה באובייקטים בסצנה. לאחר מכן משתמשים במדידת זמן זו לחישוב המרחק לאובייקטים, ויצירת מפת עומק או ייצוג תלת -ממדי של הסצינה.

זמן מצלמות הטיסה

בהשוואה לטכנולוגיות חישה לעומק אחרות כמו אור מובנה או ראיית סטריאו, מצלמות TOF מציעות מספר יתרונות. הם מספקים מידע בעומק בזמן אמת, הם בעלי עיצוב פשוט יחסית ויכולים לעבוד בתנאי תאורה שונים. מצלמות TOF הן גם קומפקטיות וניתן לשלב אותן במכשירים קטנים יותר כמו סמארטפונים, טאבלטים ומכשירים לבישים.

היישומים של מצלמות TOF מגוונים. במציאות מוגברת, מצלמות TOF יכולות לאתר במדויק את עומק האובייקטים ולשפר את הריאליזם של חפצים וירטואליים המוצבים בעולם האמיתי. ברובוטיקה הם מאפשרים לרובוטים לתפוס את סביבתם ולנווט במכשולים בצורה יעילה יותר. בסריקת תלת מימד מצלמות TOF יכולות לתפוס במהירות את הגיאומטריה של חפצים או סביבות למטרות שונות כמו מציאות מדומה, משחק או הדפסת תלת מימד. הם משמשים גם ביישומים ביומטריים, כגון זיהוי פנים או זיהוי מחוות יד.

二、רכיבי זמן של מצלמות טיסה

מצלמות זמן טיסה (TOF)מורכבים מכמה רכיבי מפתח הפועלים יחד כדי לאפשר חישה עומק ומדידת מרחק. הרכיבים הספציפיים עשויים להשתנות בהתאם לתכנון ויצרן, אך הנה האלמנטים הבסיסיים שנמצאים בדרך כלל במערכות מצלמה TOF:

מקור אור:

מצלמות TOF משתמשות במקור אור כדי לפלוט אות אור, בדרך כלל בצורה של אור אינפרא אדום (IR). מקור האור יכול להיות LED (דיודה פולטת אור) או דיודת לייזר, תלוי בעיצוב המצלמה. האור הנפלט עובר לעבר האובייקטים בסצנה.

אוֹפְּטִיקָה:

עדשה אוספת את האור המשתקף ומצלם את הסביבה על חיישן התמונה (מערך מישור מוקד). פילטר פס-פס אופטי רק מעביר את האור באותו אורך גל כמו יחידת הארה. זה עוזר לדכא אור שאינו מובהק ולהפחית את הרעש.

חיישן תמונה:

זהו לב מצלמת ה- TOF. כל פיקסל מודד את הזמן בו נלקח האור לנסוע מיחידת התאורה (לייזר או LED) לאובייקט ובחזרה למערך המוקד.

מעגלי תזמון:

כדי למדוד את זמן הטיסה במדויק, המצלמה זקוקה למעגלי תזמון מדויקים. מעגל זה שולט בפליטת אות האור ומגלה את הזמן שלוקח לאור לנסוע לאובייקטים ולחזור למצלמה. זה מסנכרן את תהליכי הפליטה והגילוי כדי להבטיח מדידות מרחק מדויקות.

אִפְנוּן:

כַּמָהמצלמות TOFשלב טכניקות אפנון לשיפור הדיוק והחוסן של מדידות המרחק. מצלמות אלה מונות את אות האור הנפלט עם דפוס או תדר ספציפי. האפנון עוזר להבחין באור הנפלט ממקורות אור אווירה אחרים ומשפר את יכולת המצלמה להבדיל בין חפצים שונים בסצנה.

אלגוריתם חישוב עומק:

כדי להמיר את מדידות זמן הטיסה למידע עומק, מצלמות TOF משתמשות באלגוריתמים מתוחכמים. אלגוריתמים אלה מנתחים את נתוני התזמון שהתקבלו מהפוטו -גלאד ומחשבים את המרחק בין המצלמה לאובייקטים בסצנה. אלגוריתמי חישוב העומק כוללים לעתים קרובות פיצוי על גורמים כמו מהירות התפשטות אור, זמן תגובת חיישן והפרעות אור הסביבה.

פלט נתוני עומק:

לאחר ביצוע חישוב העומק, מצלמת TOF מספקת פלט נתוני עומק. פלט זה יכול ללבוש צורה של מפת עומק, ענן נקודה או ייצוג תלת -ממדי של הסצינה. ניתן להשתמש בנתוני העומק על ידי יישומים ומערכות כדי לאפשר פונקציות שונות כמו מעקב אחר אובייקטים, מציאות מוגברת או ניווט רובוטי.

חשוב לציין כי היישום והרכיבים הספציפיים של מצלמות TOF יכולים להשתנות בין יצרנים ודגמים שונים. התקדמות בטכנולוגיה עשויה להציג תכונות ושיפורים נוספים לשיפור הביצועים והיכולות של מערכות המצלמה TOF.

三、 יישומים

יישומי רכב

מצלמות זמן טיסהמשמשים בפונקציות סיוע ובטיחות ליישומי רכב מתקדמים כגון בטיחות הולכי רגל פעילה, גילוי מראש ויישומים מקורה כמו גילוי מחוץ למצב (OOP).

יישום מצלמות TOF

ממשקים ומשחקים אנושיים-מכונים

As מצלמות זמן טיסהספק תמונות מרחק בזמן אמת, קל לעקוב אחר תנועות של בני אדם. זה מאפשר אינטראקציות חדשות עם מכשירי צרכנים כמו טלוויזיות. נושא נוסף הוא להשתמש במצלמות מסוג זה כדי ליצור אינטראקציה עם משחקים בקונסולות משחקי וידאו. חיישן Kinect מהדור השני הכלול במקור בקונסולת Xbox One השתמש במצלמת זמן טיסה לצורך הדמיית הטווח שלה, ומאפשר ממשקי משתמש טבעיים ומשחקים יישומים המשתמשים בראיית מחשב וטכניקות זיהוי מחוות.

Creative and Intel מספקים גם סוג דומה של מצלמת זמן של מחווה אינטראקטיבית למשחקים, SENZ3D בהתבסס על מצלמת העומק 325 של Sockkinetic. טכנולוגיות אינפיניון ו- PMD מאפשרות מצלמות עומק תלת מימד משולבות זעירות לבקרת מחוות טווח קרנות של מכשירי צרכנים כמו מחשבים ניידים של כל אחד ואחד (Picco Flexx ו- Picco Monstar מצלמות).

היישום של מצלמות TOF במשחקים

מצלמות סמארטפון

מספר סמארטפונים כוללים מצלמות זמן טיסה. אלה משמשים בעיקר לשיפור איכות התמונות על ידי מתן תוכנת המצלמה מידע על חזית ורקע. הטלפון הנייד הראשון שהשתמש בטכנולוגיה כזו היה ה- LG G3, שיצא בתחילת 2014.

יישום מצלמות TOF בטלפונים ניידים

מדידה וראיית מכונה

יישומים אחרים הם משימות מדידה, למשל לגובה המילוי בממגורות. בחזון המכונה התעשייתית, מצלמת זמן הטיסה מסייעת בסיווג ואיתור אובייקטים לשימוש על ידי רובוטים, כמו פריטים שעוברים על ידי מסוע. בקרות דלתות יכולות להבחין בקלות בין בעלי חיים לבני אדם המגיעים לדלת.

רובוטיקה

שימוש נוסף במצלמות אלה הוא תחום הרובוטיקה: רובוטים ניידים יכולים לבנות מפה של סביבתם במהירות רבה, מה שמאפשר להם להימנע ממכשולים או לעקוב אחר אדם מוביל. מכיוון שחישוב המרחק הוא פשוט, משתמשים רק בכוח חישובי קטן. מכיוון שניתן להשתמש במצלמות אלה גם למדידת מרחק, ידוע כי צוותים לתחרות הרובוטיקה הראשונה משתמשים במכשירים לשגרה אוטונומית.

טופוגרפיה של כדור הארץ

מצלמות TOFשימשו להשגת מודלים של גובה דיגיטלי של טופוגרפיה פני השטח של כדור הארץ, למחקרים בגיאומורפולוגיה.

יישום מצלמות TOF בגיאומורפולוגיה