Бір, Ұшу камераларының уақыты қандай?

Ұшу уақытын өлшейтін (ToF) камералар - жарықтың нысандарға және камераға қайтып оралу уақытын пайдаланып, камера мен көріністегі нысандар арасындағы қашықтықты өлшейтін тереңдікті сезу технологиясының бір түрі. Олар кеңейтілген шындық, робототехника, 3D сканерлеу, қимылдарды тану және т.б. сияқты әртүрлі қолданбаларда кеңінен қолданылады.

ToF камераларыжарық сигналын, әдетте инфрақызыл жарықты шығару және көріністегі нысандарға тигеннен кейін сигналдың қайта оралу уақытын өлшеу арқылы жұмыс істейді. Бұл уақыт өлшемі нысандарға дейінгі қашықтықты есептеу, тереңдік картасын немесе көріністің 3D көрінісін жасау үшін қолданылады.

Ұшу камераларының уақыты

Құрылымдалған жарық немесе стерео көру сияқты басқа тереңдікті сезу технологияларымен салыстырғанда, ToF камералары бірнеше артықшылықтарға ие. Олар нақты уақыт режимінде тереңдік туралы ақпарат береді, салыстырмалы түрде қарапайым дизайнға ие және әртүрлі жарықтандыру жағдайларында жұмыс істей алады. ToF камералары сонымен қатар ықшам және смартфондар, планшеттер және киілетін құрылғылар сияқты кішігірім құрылғыларға біріктірілуі мүмкін.

ToF камераларының қолданылуы әртүрлі. Кеңейтілген шындықта ToF камералары нысандардың тереңдігін дәл анықтай алады және нақты әлемде орналастырылған виртуалды нысандардың реализмін жақсарта алады. Робототехникада олар роботтарға айналасындағыларды қабылдауға және кедергілерді тиімдірек шарлауға мүмкіндік береді. 3D сканерлеуде ToF камералары виртуалды шындық, ойын немесе 3D басып шығару сияқты әртүрлі мақсаттар үшін нысандардың немесе ортаның геометриясын тез түсіре алады. Олар сондай-ақ биометриялық қолданбаларда, мысалы, бет-әлпетті тану немесе қол қимылдарын тану үшін қолданылады.

二、Ұшу уақытын көрсететін камералардың компоненттері

Ұшу уақытын (ToF) көрсететін камералартереңдікті сезу және қашықтықты өлшеу үшін бірге жұмыс істейтін бірнеше негізгі компоненттерден тұрады. Нақты компоненттер дизайн мен өндірушіге байланысты өзгеруі мүмкін, бірақ ToF камера жүйелерінде әдетте кездесетін негізгі элементтер:

Жарық көзі:

ToF камералары жарық сигналын шығару үшін жарық көзін пайдаланады, әдетте инфрақызыл (ИК) жарық түрінде болады. Жарық көзі камераның дизайнына байланысты жарық диоды (жарық шығаратын диод) немесе лазерлік диод болуы мүмкін. Шығарылған жарық көріністегі нысандарға қарай жылжиды.

Оптика:

Линза шағылысқан жарықты жинайды және қоршаған ортаны кескін сенсорына (фокальды жазықтық массивіне) бейнелейді. Оптикалық жолақты сүзгі жарықты тек жарықтандыру блогымен бірдей толқын ұзындығымен өткізеді. Бұл тиісті емес жарықты басуға және шуды азайтуға көмектеседі.

Кескін сенсоры:

Бұл TOF камерасының жүрегі. Әрбір пиксель жарықтың жарықтандыру блогынан (лазер немесе жарықдиодты шам) нысанға және фокустық жазықтық массивіне қайтып жету уақытын өлшейді.

Уақыт схемасы:

Ұшу уақытын дәл өлшеу үшін камераға дәл уақыт тізбегі қажет. Бұл тізбек жарық сигналының шығарылуын басқарады және жарықтың нысандарға жетуі мен камераға оралу уақытын анықтайды. Ол қашықтықты дәл өлшеуді қамтамасыз ету үшін шығарындылар мен анықтау процестерін синхрондайды.

Модуляция:

КейбірToF камераларықашықтықты өлшеудің дәлдігі мен беріктігін арттыру үшін модуляция әдістерін қамтиды. Бұл камералар шығарылған жарық сигналын белгілі бір үлгімен немесе жиілікпен модуляциялайды. Модуляция шығарылған жарықты басқа қоршаған жарық көздерінен ажыратуға көмектеседі және камераның көріністегі әртүрлі нысандарды ажырату қабілетін арттырады.

Тереңдікті есептеу алгоритмі:

Ұшу уақытын өлшеуді тереңдік туралы ақпаратқа түрлендіру үшін ToF камералары күрделі алгоритмдерді пайдаланады. Бұл алгоритмдер фотодетектордан алынған уақыт деректерін талдайды және камера мен көріністегі нысандар арасындағы қашықтықты есептейді. Тереңдікті есептеу алгоритмдері көбінесе жарықтың таралу жылдамдығы, сенсордың жауап беру уақыты және қоршаған жарықтың кедергісі сияқты факторларды өтеуді қамтиды.

Тереңдік деректерінің шығысы:

Тереңдікті есептеу орындалғаннан кейін, ToF камерасы тереңдік деректерін шығаруды қамтамасыз етеді. Бұл шығыс тереңдік картасы, нүктелік бұлт немесе көріністің 3D көрінісі түрінде болуы мүмкін. Тереңдік деректерін қолданбалар мен жүйелер нысандарды бақылау, кеңейтілген шындық немесе роботтық навигация сияқты әртүрлі функцияларды қосу үшін пайдалана алады.

ToF камераларының нақты іске асырылуы мен компоненттері әртүрлі өндірушілер мен модельдерде әртүрлі болуы мүмкін екенін ескеру маңызды. Технологиядағы жетістіктер ToF камера жүйелерінің өнімділігі мен мүмкіндіктерін жақсарту үшін қосымша мүмкіндіктер мен жетілдірулерді енгізуі мүмкін.

三、Қолданбалар

Автокөлік қолданбалары

Ұшу уақытын өлшейтін камераларбелсенді жаяу жүргіншілер қауіпсіздігі, апатқа дейінгі анықтау және орнынан тыс (OOP) анықтау сияқты ішкі қолданбалар сияқты кеңейтілген автомобиль қолданбалары үшін көмекші және қауіпсіздік функцияларында қолданылады.

ToF камераларын қолдану

Адам-машина интерфейстері және ойындар

As ұшу уақытын өлшейтін камераларҚашықтықтан нақты уақыт режимінде кескіндерді қамтамасыз ету арқылы адамдардың қозғалысын бақылау оңай. Бұл теледидарлар сияқты тұтынушы құрылғыларымен жаңа өзара әрекеттесуге мүмкіндік береді. Тағы бір тақырып - бейне ойын консольдеріндегі ойындармен өзара әрекеттесу үшін осы типтегі камераларды пайдалану. Бастапқыда Xbox One консоліне кіретін екінші буын Kinect сенсоры қашықтықты бейнелеу үшін ұшу уақытын көрсететін камераны пайдаланды, бұл компьютерлік көру және қимылды тану әдістерін қолдана отырып, табиғи пайдаланушы интерфейстері мен ойын қолданбаларын пайдалануға мүмкіндік берді.

Creative және Intel компаниялары ойындарға арналған ұқсас интерактивті қимылмен ұшу уақытын көрсететін камераны, Softkinetic компаниясының DepthSense 325 камерасына негізделген Senz3D ұсынады. Infineon және PMD Technologies компаниялары барлығы бір жерде компьютерлер мен ноутбуктар (Picco flexx және Picco monstar камералары) сияқты тұтынушы құрылғыларын жақын қашықтықтан қимылмен басқаруға арналған шағын интеграцияланған 3D тереңдік камераларын ұсынады.

Ойындарда ToF камераларын қолдану

Смартфон камералары

Бірнеше смартфондарда ұшу уақытын көрсететін камералар бар. Олар негізінен камера бағдарламалық жасақтамасына алдыңғы және артқы фон туралы ақпарат беру арқылы фотосуреттердің сапасын жақсарту үшін қолданылады. Мұндай технологияны қолданған алғашқы ұялы телефон 2014 жылдың басында шығарылған LG G3 болды.

Ұялы телефондарда ToF камераларын қолдану

Өлшеу және машиналық көру

Басқа қолданыстарға өлшеу тапсырмалары, мысалы, силостардағы толтыру биіктігі жатады. Өнеркәсіптік машиналық көруде ұшу уақытын көрсететін камера конвейер арқылы өтіп бара жатқан заттар сияқты роботтар пайдаланатын заттарды жіктеуге және табуға көмектеседі. Есікті басқару элементтері есікке жеткен жануарлар мен адамдарды оңай ажырата алады.

Робототехника

Бұл камералардың тағы бір қолданылуы робототехника саласы болып табылады: мобильді роботтар айналасындағылардың картасын өте тез құра алады, бұл оларға кедергілерден аулақ болуға немесе жетекші адамның соңынан еруге мүмкіндік береді. Қашықтықты есептеу қарапайым болғандықтан, есептеу қуаты аз ғана пайдаланылады. Бұл камераларды қашықтықты өлшеу үшін де пайдалануға болатындықтан, FIRST Robotics Competition командалары бұл құрылғыларды автономды жұмыстар үшін пайдаланатыны белгілі.

Жер топографиясы

ToF камераларыгеоморфология саласындағы зерттеулер үшін Жер бетінің топографиясының сандық биіктік модельдерін алу үшін пайдаланылды.

ToF камераларын геоморфологияда қолдану