一、Ұшу камераларының уақыты қандай?

Ұшу уақыты (ToF) камералары - жарықтың объектілерге және кері камераға өтуіне кететін уақытты пайдалана отырып, камера мен көріністегі нысандар арасындағы қашықтықты өлшейтін тереңдікті анықтау технологиясының бір түрі. Олар әдетте кеңейтілген шындық, робототехника, 3D сканерлеу, қимылдарды тану және т.б. сияқты әртүрлі қолданбаларда қолданылады.

ToF камераларыжарық сигналын, әдетте инфрақызыл сәулені шығару және көріністегі нысандарға соғылғаннан кейін сигналдың кері серпілу уақытын өлшеу арқылы жұмыс жасаңыз. Содан кейін бұл уақытты өлшеу тереңдік картасын немесе көріністің 3D көрінісін жасай отырып, нысандарға дейінгі қашықтықты есептеу үшін пайдаланылады.

Ұшу камераларының уақыты

Құрылымдық жарық немесе стерео көру сияқты тереңдікті сезетін басқа технологиялармен салыстырғанда, ToF камералары бірнеше артықшылықтарды ұсынады. Олар нақты уақыт режимінде терең ақпарат береді, салыстырмалы түрде қарапайым дизайнға ие және әртүрлі жарық жағдайларында жұмыс істей алады. ToF камералары да ықшам және оларды смартфондар, планшеттер және киілетін құрылғылар сияқты кішірек құрылғыларға біріктіруге болады.

ToF камераларының қолданылуы әр түрлі. Толықтырылған шындықта ToF камералары нысандардың тереңдігін дәл анықтай алады және нақты әлемде орналастырылған виртуалды нысандардың шынайылығын жақсартады. Робототехникада олар роботтарға қоршаған ортаны қабылдауға және кедергілерді тиімдірек басқаруға мүмкіндік береді. 3D сканерлеуде ToF камералары виртуалды шындық, ойын ойнау немесе 3D басып шығару сияқты әртүрлі мақсаттар үшін нысандардың немесе орталардың геометриясын жылдам түсіре алады. Олар сондай-ақ биометриялық қолданбаларда, мысалы, бет-әлпетті тану немесе қол қимылын тану сияқты қолданылады.

二、Ұшу камераларының уақытының құрамдас бөліктері

Ұшу уақыты (ToF) камераларытереңдік пен қашықтықты өлшеуге мүмкіндік беретін бірге жұмыс істейтін бірнеше негізгі құрамдас бөліктерден тұрады. Арнайы құрамдас бөліктер дизайн мен өндірушіге байланысты өзгеруі мүмкін, бірақ мұнда әдетте ToF камера жүйелерінде кездесетін негізгі элементтер бар:

Жарық көзі:

ToF камералары әдетте инфрақызыл (ИК) жарық түрінде жарық сигналын шығару үшін жарық көзін пайдаланады. Жарық көзі камераның дизайнына байланысты жарық диодты (жарық шығаратын диод) немесе лазерлік диод болуы мүмкін. Шығарылған жарық оқиға орнындағы объектілерге қарай тарайды.

Оптика:

Объектив шағылған жарықты жинайды және қоршаған ортаны кескін сенсорына (фокус жазықтығы массиві) түсіреді. Оптикалық жолақты сүзгі тек жарықтандыру құрылғысымен бірдей толқын ұзындығымен жарықты өткізеді. Бұл сәйкес емес жарықты басуға және шуды азайтуға көмектеседі.

Сурет сенсоры:

Бұл TOF камерасының жүрегі. Әрбір пиксель жарықтың жарықтандыру құрылғысынан (лазер немесе жарық диоды) нысанға және кері фокустық жазықтық массивіне өтуіне кеткен уақытты өлшейді.

Уақыт схемасы:

Ұшу уақытын дәл өлшеу үшін камераға дәл уақыт схемасы қажет. Бұл схема жарық сигналының шығарылуын бақылайды және жарықтың объектілерге өтуіне және камераға оралуына кететін уақытты анықтайды. Ол дәл қашықтықты өлшеуді қамтамасыз ету үшін сәуле шығару және анықтау процестерін синхрондайды.

Модуляция:

КейбірToF камераларықашықтықты өлшеудің дәлдігі мен беріктігін жақсарту үшін модуляция әдістерін енгізу. Бұл камералар белгілі бір үлгі немесе жиілікпен шығарылатын жарық сигналын модуляциялайды. Модуляция шығарылатын жарықты басқа сыртқы жарық көздерінен ажыратуға көмектеседі және камераның көріністегі әртүрлі нысандарды ажырату мүмкіндігін арттырады.

Тереңдікті есептеу алгоритмі:

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

Тереңдік деректерінің шығысы:

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

ToF камераларының нақты орындалуы мен құрамдас бөліктері әртүрлі өндірушілер мен модельдерде әртүрлі болуы мүмкін екенін ескеру маңызды. Технологиядағы жетістіктер ToF камера жүйелерінің өнімділігі мен мүмкіндіктерін жақсарту үшін қосымша мүмкіндіктер мен жақсартуларды енгізуі мүмкін.

三、Қолданбалар

Автокөлік қолданбалары

Ұшу уақытын көрсететін камераларбелсенді жаяу жүргіншілер қауіпсіздігі, апатты алдын ала анықтау және орнында емес (OOP) анықтау сияқты ішкі қолданбалар сияқты кеңейтілген автокөлік қолданбалары үшін көмек және қауіпсіздік функцияларында қолданылады.

ToF камераларын қолдану

Адам-машина интерфейстері және ойын

As ұшу уақытын көрсететін камераларнақты уақытта қашықтағы кескіндерді қамтамасыз ету, адамдардың қозғалысын бақылау оңай. Бұл теледидарлар сияқты тұтынушы құрылғыларымен жаңа өзара әрекеттесуге мүмкіндік береді. Тағы бір тақырып - бейне ойын консольдеріндегі ойындармен өзара әрекеттесу үшін камералардың осы түрін пайдалану. Xbox One консоліне бастапқыда енгізілген екінші буын Kinect сенсоры табиғи пайдаланушы интерфейстері мен ойын ойнауға мүмкіндік беретін ауқымды кескіндеу үшін ұшу уақытының камерасын пайдаланды. компьютерлік көру және қимылды тану әдістерін қолданатын қолданбалар.

Creative және Intel сонымен қатар Softkinetic DepthSense 325 камерасына негізделген Senz3D ойынға арналған интерактивті қимыл-қозғалыс камерасын ұсынады. Infineon және PMD Technologies барлығы біртұтас компьютерлер мен ноутбуктер (Picco flexx және Picco monstar камералары) сияқты тұтынушы құрылғыларын қимылмен басқаруға арналған шағын біріктірілген 3D тереңдік камераларына мүмкіндік береді.

ToF камераларын ойындарда қолдану

Смартфон камералары

Бірнеше смартфондарда ұшу уақытын көрсететін камералар бар. Бұлар негізінен камера бағдарламалық құралын алдыңғы және фон туралы ақпаратпен қамтамасыз ету арқылы фотосуреттердің сапасын жақсарту үшін қолданылады. Мұндай технологияны қолданатын алғашқы ұялы телефон 2014 жылдың басында шыққан LG G3 болды.

Ұялы телефондардағы ToF камераларын қолдану

Өлшеу және машиналық көру

Басқа қолданбалар өлшеу тапсырмалары болып табылады, мысалы, силостағы толтыру биіктігі үшін. Өнеркәсіптік машинаны көру кезінде ұшу уақытының камерасы конвейерде өтіп бара жатқан заттар сияқты роботтар пайдаланатын объектілерді жіктеуге және табуға көмектеседі. Есікті басқару элементтері есікке жеткен жануарлар мен адамдарды оңай ажырата алады.

Робототехника

Бұл камераларды қолданудың тағы бір түрі – робототехника саласы: Мобильді роботтар қоршаған ортаның картасын өте жылдам құрастыра алады, бұл оларға кедергілерден аулақ болуға немесе жетекші адамның соңынан еруге мүмкіндік береді. Қашықтықты есептеу қарапайым болғандықтан, аз ғана есептеу қуаты пайдаланылады. Бұл камералар қашықтықты өлшеу үшін де пайдаланылуы мүмкін болғандықтан, FIRST Robotics Competition командалары құрылғыларды автономды әрекеттер үшін пайдаланатыны белгілі.

Жердің топографиясы

ToF камераларыЖер бетінің топографиясының цифрлық биіктік үлгілерін алу үшін, геоморфологиядағы зерттеулер үшін пайдаланылды.

ToF камераларының геоморфологияда қолданылуы