一、מהו זמן טיסה מצלמות?

מצלמות זמן טיסה (ToF) הן סוג של טכנולוגיית חישת עומק המודדת את המרחק בין המצלמה לאובייקטים בסצנה על ידי שימוש בזמן שלוקח לאור לעבור אל האובייקטים ובחזרה למצלמה. הם נמצאים בשימוש נפוץ ביישומים שונים כגון מציאות רבודה, רובוטיקה, סריקה תלת מימדית, זיהוי מחוות ועוד.

מצלמות ToFעבודה על ידי פליטת אות אור, בדרך כלל אור אינפרא אדום, ומדידת הזמן שלוקח לאות לחזור אחורה לאחר פגיעה בחפצים בסצנה. מדידת זמן זו משמשת לאחר מכן לחישוב המרחק לאובייקטים, יצירת מפת עומק או ייצוג תלת מימדי של הסצנה.

זמן מצלמות הטיסה

בהשוואה לטכנולוגיות חישת עומק אחרות כמו אור מובנה או ראיית סטריאו, מצלמות ToF מציעות מספר יתרונות. הם מספקים מידע עומק בזמן אמת, יש להם 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 רבודה, מצלמות ToF יכולות לזהות במדויק את עומק האובייקטים ולשפר את הריאליזם של אובייקטים וירטואליים הממוקמים בעולם האמיתי. ברובוטיקה, הם מאפשרים לרובוטים לתפוס את סביבתם ולנווט מכשולים בצורה יעילה יותר. בסריקה תלת מימדית, מצלמות ToF יכולות ללכוד במהירות את הגיאומטריה של אובייקטים או סביבות למטרות שונות כמו מציאות מדומה, משחקים או הדפסת תלת מימד. הם משמשים גם ביישומים ביומטריים, כגון זיהוי פנים או זיהוי מחוות ידיים.

二,רכיבי מצלמות זמן טיסה

מצלמות זמן טיסה (ToF).מורכבים ממספר מרכיבים מרכזיים הפועלים יחד כדי לאפשר חישת עומק ומדידות מרחק. הרכיבים הספציפיים עשויים להשתנות בהתאם לעיצוב וליצרן, אך הנה המרכיבים הבסיסיים שנמצאים 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 (Light-Emitting Diode) או דיודת לייזר, בהתאם לעיצוב המצלמה. האור הנפלט נע לעבר העצמים בסצנה.

אוֹפְּטִיקָה:

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

חיישן תמונה:

זהו הלב של מצלמת TOF. כל פיקסל מודד את הזמן שלקח לאור לעבור מיחידת התאורה (לייזר או LED) לאובייקט ובחזרה למערך מישור המוקד.

מעגל תזמון:

כדי למדוד את זמן הטיסה במדויק, המצלמה זקוקה למעגלי תזמון מדויקים. מעגל זה שולט על פליטת אות האור ומזהה את הזמן שלוקח לאור לעבור אל האובייקטים ולחזור למצלמה. זה מסנכרן את תהליכי הפליטה והזיהוי כדי להבטיח מדידות מרחק מדויקות.

אִפְנוּן:

כַּמָהמצלמות ToFלשלב טכניקות אפנון כדי לשפר את הדיוק והחוסן של מדידות מרחק. מצלמות אלו מווסתות את אות האור הנפלט עם דפוס או תדר ספציפיים. המודולציה עוזרת להבחין בין האור הנפלט ממקורות אור סביבתיים אחרים ומשפרת את יכולת המצלמה להבדיל בין אובייקטים שונים בסצנה.

אלגוריתם חישוב עומק:

כדי להמיר את מדידות זמן הטיסה למידע עומק, מצלמות ToF משתמשות באלגוריתמים מתוחכמים. אלגוריתמים אלו מנתחים את נתוני התזמון המתקבלים מגלאי הצילום ומחשבים את המרחק בין המצלמה לאובייקטים בסצנה. האלגוריתמים של חישוב העומק כוללים לעתים קרובות פיצוי על גורמים כמו מהירות התפשטות האור, זמן התגובה של החיישן והפרעות אור הסביבה.

פלט נתוני עומק:

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

חשוב לציין שהיישום והרכיבים הספציפיים של מצלמות ToF יכולים להשתנות בין יצרנים ודגמים שונים. התקדמות הטכנולוגיה 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 יישומי רכב מתקדמים כגון בטיחות הולכי רגל אקטיבית, זיהוי טרום התרסקות ויישומים פנימיים כמו זיהוי מחוץ למיקום (OOP).

היישום של מצלמות ToF

ממשקי אדם-מכונה ומשחקים

As מצלמות זמן טיסהלספק תמונות מרחק בזמן אמת, קל לעקוב אחר תנועות של בני אדם. זה מאפשר אינטראקציות חדשות עם מכשירים צרכניים כגון טלוויזיות. נושא נוסף הוא להשתמש במצלמות מסוג זה כדי ליצור אינטראקציה עם משחקים בקונסולות משחקי וידאו. חיישן ה-Kinect מהדור השני שנכלל במקור עם קונסולת ה-Xbox One השתמש במצלמת זמן טיסה להדמיית הטווח שלה, מה שאיפשר ממשקי משתמש טבעיים ומשחקים יישומים המשתמשים בטכניקות של ראייה ממוחשבת וזיהוי מחוות.

Creative ואינטל מספקות גם סוג דומה של מצלמת זמן טיסה אינטראקטיבית למשחקים, ה-Senz3D המבוססת על מצלמת DepthSense 325 של Softkinetic. טכנולוגיות Infineon ו-PMD מאפשרות מצלמות עומק 3D משולבות זעירות לשליטה במחוות מטווח קרוב של התקני צרכנים כמו מחשבי All-in-One ומחשבים ניידים (מצלמות Picco flexx ו-Pico monstar).

היישום של מצלמות ToF במשחקים

מצלמות סמארטפונים

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

היישום של מצלמות ToF בטלפונים ניידים

מדידה וראיית מכונה

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

רובוטיקה

שימוש נוסף במצלמות הללו הוא תחום הרובוטיקה: רובוטים ניידים יכולים לבנות במהירות רבה מפה של סביבתם, מה שמאפשר להם להימנע ממכשולים או לעקוב אחר אדם מוביל. מכיוון שחישוב המרחק הוא פשוט, נעשה שימוש בכוח חישוב קטן בלבד. מכיוון שמצלמות אלו יכולות לשמש גם למדידת מרחק, ידוע כי צוותים לתחרות רובוטיקה FIRST משתמשים במכשירים לשגרה אוטונומית.

טופוגרפיה של כדור הארץ

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

היישום של מצלמות ToF בגיאומורפולוגיה