מהן מצלמות זמן הטיסה?

מצלמות זמן טיסה (ToF) הן סוג של טכנולוגיית חישת עומק המודדת את המרחק בין המצלמה לעצמים בזירה על ידי שימוש בזמן שלוקח לאור לנוע אל העצמים וחזרה אליהם. הן משמשות בדרך כלל ביישומים שונים כגון מציאות רבודה, רובוטיקה, סריקה תלת-ממדית, זיהוי מחוות ועוד.

מצלמות ToFפועלים על ידי פליטת אות אור, בדרך כלל אור אינפרא אדום, ומדידת הזמן שלוקח לאות לחזור בחזרה לאחר פגיעה בעצמים בזירה. מדידת זמן זו משמשת לאחר מכן לחישוב המרחק לעצמים, ויצירת מפת עומק או ייצוג תלת-ממדי של הזירה.

מצלמות זמן הטיסה

בהשוואה לטכנולוגיות אחרות לחישת עומק כמו אור מובנה או ראייה סטריאו, מצלמות ToF מציעות מספר יתרונות. הן מספקות מידע עומק בזמן אמת, בעלות עיצוב פשוט יחסית ויכולות 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 רבודה, מצלמות ToF יכולות לזהות במדויק את עומק העצמים ולשפר את הריאליזם של עצמים וירטואליים הממוקמים בעולם האמיתי. ברובוטיקה, הן מאפשרות לרובוטים לתפוס את סביבתם ולנווט בין מכשולים בצורה יעילה יותר. בסריקת תלת-ממד, מצלמות ToF יכולות ללכוד במהירות את הגיאומטריה של עצמים או סביבות למטרות שונות כמו מציאות מדומה, משחקים או הדפסה תלת-ממדית. הן משמשות גם ביישומים ביומטריים, כגון זיהוי פנים או זיהוי מחוות ידיים.

二,רכיבי מצלמות זמן הטיסה

מצלמות זמן טיסה (ToF)מורכבים ממספר רכיבים מרכזיים הפועלים יחד כדי לאפשר חישת עומק ומדידת מרחק. הרכיבים הספציפיים עשויים להשתנות בהתאם לעיצוב וליצרן, אך הנה האלמנטים הבסיסיים הנמצאים בדרך כלל במערכות מצלמות 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, בהתאם לעיצוב המצלמה. האור הנפלט נע לעבר העצמים בזירה.

אוֹפְּטִיקָה:

עדשה אוספת את האור המוחזר ומצלמת את הסביבה על חיישן התמונה (מערך מישור מוקד). מסנן אופטי מעביר פס מעביר אור רק באותו אורך גל כמו יחידת התאורה. זה עוזר לדכא אור לא רלוונטי ולהפחית רעש.

חיישן תמונה:

זהו לב ליבה של מצלמת TOF. כל פיקסל מודד את הזמן שלקח לאור לעבור מיחידת התאורה (לייזר או LED) אל האובייקט וחזרה למערך מישור המוקד.

מעגלי תזמון:

כדי למדוד את זמן הטיסה במדויק, המצלמה זקוקה למעגל תזמון מדויק. מעגל זה שולט בפליטת אות האור ומזהה את הזמן שלוקח לאור לנוע אל העצמים ולחזור למצלמה. הוא מסנכרן את תהליכי הפליטה והגילוי כדי להבטיח מדידות מרחק מדויקות.

אִפְנוּן:

כַּמָהמצלמות ToFמשלבות טכניקות אפנון כדי לשפר את הדיוק והחוסן של מדידות מרחק. מצלמות אלו מווסתות את אות האור הנפלט באמצעות דפוס או תדר ספציפיים. האפנון מסייע להבחין בין האור הנפלט לבין מקורות אור סביבתיים אחרים ומשפר את יכולתה של המצלמה להבחין בין עצמים שונים בזירה.

אלגוריתם חישוב עומק:

כדי להמיר את מדידות זמן הטיסה למידע עומק, מצלמות ToF משתמשות באלגוריתמים מתוחכמים. אלגוריתמים אלה מנתחים את נתוני התזמון המתקבלים מהגלאי הפוטואלקטרי ומחשבים את המרחק בין המצלמה לעצמים בזירה. אלגוריתמי חישוב העומק כוללים לעתים קרובות פיצוי על גורמים כמו מהירות התפשטות האור, זמן תגובת החיישן והפרעות אור הסביבה.

פלט נתוני עומק:

לאחר ביצוע חישוב העומק, מצלמת ה-ToF מספקת פלט של נתוני עומק. פלט זה יכול להיות בצורת מפת עומק, ענן נקודות או ייצוג תלת-ממדי של הסצנה. נתוני העומק יכולים לשמש יישומים ומערכות כדי לאפשר פונקציות שונות כמו מעקב אחר עצמים, מציאות רבודה או ניווט רובוטי.

חשוב לציין כי היישום והרכיבים הספציפיים של מצלמות ToF יכולים להשתנות בין יצרנים ודגמים שונים. התקדמות טכנולוגית עשויה להציג תכונות ושיפורים נוספים כדי לשפר את הביצועים והיכולות של מערכות מצלמות ToF.

三、יישומים

יישומי רכב

מצלמות זמן טיסהמשמשים בפונקציות סיוע ובטיחות עבור יישומים מתקדמים לרכב כגון בטיחות אקטיבית להולכי רגל, זיהוי טרום התנגשות ויישומים בתוך מבנים כמו זיהוי יציאה ממיקום (OOP).

יישום מצלמות ToF

ממשקי אדם-מכונה ומשחקים

As מצלמות זמן טיסהמספקים תמונות מרחק בזמן אמת, קל לעקוב אחר תנועות של בני אדם. זה מאפשר אינטראקציות חדשות עם מכשירי צריכה כמו טלוויזיות. נושא נוסף הוא שימוש בסוג זה של מצלמות כדי לקיים אינטראקציה עם משחקים בקונסולות משחקי וידאו. חיישן ה-Kinect מהדור השני שסופק במקור עם קונסולת ה-Xbox One השתמש במצלמת זמן טיסה לצורך דימות טווח, מה שאפשר ממשקי משתמש טבעיים ויישומי משחקים המשתמשים בטכניקות ראייה ממוחשבת וזיהוי מחוות.

קריאייטיב ואינטל מספקות גם מצלמת זמן טיס אינטראקטיבית דומה למשחקים, ה-Senz3D המבוססת על מצלמת DepthSense 325 של Softkinetic. אינפיניון ו-PMD Technologies מאפשרות מצלמות עומק תלת-ממדיות זעירות משולבות לשליטה בתנועות מטווח קרוב של מכשירים צרכניים כמו מחשבי All-in-One ומחשבים ניידים (מצלמות Picco flexx ו-Picco monstar).

יישום מצלמות ToF במשחקים

מצלמות סמארטפון

מספר סמארטפונים כוללים מצלמות לבדיקת זמן טיסה. אלו משמשות בעיקר לשיפור איכות התמונות על ידי מתן מידע לתוכנת המצלמה על הרקע והחזית. הטלפון הנייד הראשון שהשתמש בטכנולוגיה כזו היה ה-LG G3, שיצא בתחילת 2014.

יישום מצלמות ToF בטלפונים ניידים

מדידה וראייה ממוחשבת

יישומים אחרים הם משימות מדידה, למשל עבור גובה המילוי בממגורות. בראיית מכונה תעשייתית, מצלמת זמן הטיסה מסייעת לסווג ולאתר אובייקטים לשימוש רובוטים, כגון פריטים שעוברים על מסוע. בקרות דלתות יכולות להבחין בקלות בין בעלי חיים לבני אדם המגיעים לדלת.

רובוטיקה

שימוש נוסף של מצלמות אלו 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 פשוט, נדרשת רק מעט כוח חישובי. מכיוון שניתן להשתמש במצלמות אלו גם למדידת מרחק, ידוע כי קבוצות בתחרות FIRST Robotics משתמשות במכשירים אלה לשגרות אוטונומיות.

טופוגרפיה של כדור הארץ

מצלמות ToFשימשו להשגת מודלים דיגיטליים של גובה של הטופוגרפיה של פני כדור הארץ, למחקרים בגיאומורפולוגיה.

יישום מצלמות ToF בגיאומורפולוגיה