一、비행시간 카메라란 무엇입니까?

ToF(Time-of-Flight) 카메라는 빛이 물체를 향해 이동하고 카메라로 돌아오는 데 걸리는 시간을 사용하여 장면 내 카메라와 물체 사이의 거리를 측정하는 일종의 깊이 감지 기술입니다. 증강 현실, 로봇 공학, 3D 스캐닝, 동작 인식 등과 같은 다양한 응용 분야에서 일반적으로 사용됩니다.

ToF 카메라빛 신호(일반적으로 적외선)를 방출하고 신호가 장면의 물체에 부딪힌 후 다시 반사되는 데 걸리는 시간을 측정하여 작동합니다. 그런 다음 이 시간 측정을 사용하여 물체까지의 거리를 계산하고 깊이 맵이나 장면의 3D 표현을 만듭니다.

비행 시간 카메라

구조광이나 스테레오 비전과 같은 다른 깊이 감지 기술과 비교할 때 ToF 카메라는 몇 가지 장점을 제공합니다. 실시간 깊이 정보를 제공하고 비교적 단순한 디자인을 가지며 다양한 조명 조건에서 작동할 수 있습니다. ToF 카메라는 크기도 작아 스마트폰, 태블릿, 웨어러블 기기와 같은 소형 장치에 통합될 수 있습니다.

ToF 카메라의 응용 분야는 다양합니다. 증강 현실에서 ToF 카메라는 물체의 깊이를 정확하게 감지하고 현실 세계에 배치된 가상 물체의 현실감을 향상시킬 수 있습니다. 로봇 공학에서는 로봇이 주변을 인식하고 장애물을 보다 효과적으로 탐색할 수 있도록 해줍니다. 3D 스캐닝에서 ToF 카메라는 가상 현실, 게임, 3D 프린팅과 같은 다양한 목적을 위해 물체나 환경의 형상을 빠르게 캡처할 수 있습니다. 얼굴인식이나 손동작 인식 등 생체인식 애플리케이션에도 사용된다.

一、비행 시간 카메라의 구성 요소

ToF(Time-of-Flight) 카메라깊이 감지 및 거리 측정을 가능하게 하기 위해 함께 작동하는 여러 주요 구성 요소로 구성됩니다. 특정 구성 요소는 설계 및 제조업체에 따라 다를 수 있지만 ToF 카메라 시스템에서 일반적으로 발견되는 기본 요소는 다음과 같습니다.

광원:

ToF 카메라는 광원을 사용하여 일반적으로 적외선(IR) 형태의 광 신호를 방출합니다. 광원은 카메라 설계에 따라 LED(발광 다이오드) 또는 레이저 다이오드일 수 있습니다. 방출된 빛은 장면의 객체를 향해 이동합니다.

광학:

렌즈는 반사된 빛을 모아 주변 환경을 이미지 센서(초점면 배열)에 이미지화합니다. 광학 대역 통과 필터는 조명 장치와 동일한 파장의 빛만 통과시킵니다. 이는 부적절한 빛을 억제하고 소음을 줄이는 데 도움이 됩니다.

이미지 센서:

이것이 TOF 카메라의 핵심입니다. 각 픽셀은 빛이 조명 장치(레이저 또는 LED)에서 물체까지 이동한 다음 다시 초점면 배열로 이동하는 데 걸린 시간을 측정합니다.

타이밍 회로:

비행 시간을 정확하게 측정하려면 카메라에 정밀한 타이밍 회로가 필요합니다. 이 회로는 빛 신호의 방출을 제어하고 빛이 물체로 이동한 후 카메라로 돌아오는 데 걸리는 시간을 감지합니다. 정확한 거리 측정을 보장하기 위해 방출 및 감지 프로세스를 동기화합니다.

조정:

일부ToF 카메라거리 측정의 정확성과 견고성을 향상시키기 위해 변조 기술을 통합합니다. 이 카메라는 방출된 광 신호를 특정 패턴이나 주파수로 변조합니다. 변조는 방출된 빛을 다른 주변 광원과 구별하는 데 도움이 되며 장면의 다양한 물체를 구별하는 카메라의 능력을 향상시킵니다.

깊이 계산 알고리즘:

ToF 카메라는 비행 시간 측정값을 깊이 정보로 변환하기 위해 정교한 알고리즘을 활용합니다. 이러한 알고리즘은 광검출기에서 수신된 타이밍 데이터를 분석하고 카메라와 장면의 객체 사이의 거리를 계산합니다. 깊이 계산 알고리즘에는 빛 전파 속도, 센서 응답 시간, 주변광 간섭과 같은 요소를 보상하는 작업이 포함되는 경우가 많습니다.

깊이 데이터 출력:

깊이 계산이 수행되면 ToF 카메라는 깊이 데이터 출력을 제공합니다. 이 출력은 깊이 맵, 포인트 클라우드 또는 장면의 3D 표현 형식을 취할 수 있습니다. 깊이 데이터는 애플리케이션 및 시스템에서 객체 추적, 증강 현실 또는 로봇 탐색과 같은 다양한 기능을 활성화하는 데 사용될 수 있습니다.

ToF 카메라의 특정 구현 및 구성 요소는 제조업체와 모델에 따라 다를 수 있다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 기술 발전으로 인해 ToF 카메라 시스템의 성능과 기능을 향상시키기 위한 추가 기능과 개선 사항이 도입될 수 있습니다.

셋、응용 프로그램

자동차 애플리케이션

비행 시간 카메라능동 보행자 안전, 충돌 전 감지, 위치 이탈(OOP) 감지와 같은 실내 애플리케이션 등 고급 자동차 애플리케이션을 위한 지원 및 안전 기능에 사용됩니다.

ToF 카메라의 응용

인간-기계 인터페이스 및 게임

As 비행 시간 카메라실시간으로 거리 이미지를 제공하므로 사람의 움직임을 쉽게 추적할 수 있습니다. 이를 통해 텔레비전과 같은 소비자 장치와의 새로운 상호 작용이 가능해졌습니다. 또 다른 주제는 이러한 유형의 카메라를 사용하여 비디오 게임 콘솔의 게임과 상호 작용하는 것입니다. 원래 Xbox One 콘솔에 포함된 2세대 Kinect 센서는 범위 이미징을 위해 비행 시간 카메라를 사용하여 자연스러운 사용자 인터페이스와 게임을 가능하게 했습니다. 컴퓨터 비전 및 동작 인식 기술을 사용하는 애플리케이션.

Creative와 Intel은 또한 유사한 유형의 게임용 대화형 제스처 ToF(Time-of-Flight) 카메라인 SoftKinetic의 DepthSense 325 카메라를 기반으로 하는 Senz3D를 제공합니다. Infineon과 PMD Technologies는 올인원 PC 및 노트북(Picco flexx 및 Picco monstar 카메라)과 같은 소비자 장치의 근거리 제스처 제어를 위한 소형 통합 3D 깊이 카메라를 구현합니다.

게임에 ToF 카메라 적용

스마트폰 카메라

몇몇 스마트폰에는 비행 시간 카메라가 포함되어 있습니다. 이는 주로 카메라 소프트웨어에 전경과 배경에 대한 정보를 제공하여 사진 품질을 향상시키는 데 사용됩니다. 이러한 기술을 적용한 최초의 휴대폰은 2014년 초에 출시된 LG G3였습니다.

휴대폰에 ToF 카메라 적용

측정 및 머신 비전

다른 응용 분야로는 사일로의 충진 높이 등을 측정하는 작업이 있습니다. 산업용 머신 비전에서 비행 시간 카메라는 컨베이어를 통과하는 품목과 같이 로봇이 사용할 대상을 분류하고 찾는 데 도움이 됩니다. 도어 컨트롤은 문에 접근하는 동물과 인간을 쉽게 구별할 수 있습니다.

로봇공학

이 카메라의 또 다른 용도는 로봇공학 분야입니다. 모바일 로봇은 주변 환경의 지도를 매우 빠르게 구축하여 장애물을 피하거나 선두에 있는 사람을 따라갈 수 있습니다. 거리 계산이 간단하기 때문에 계산 능력이 거의 사용되지 않습니다. 이러한 카메라는 거리 측정에도 사용될 수 있기 때문에 FIRST Robotics Competition의 팀은 자율 루틴을 위해 이 장치를 사용하는 것으로 알려져 있습니다.

지구 지형

ToF 카메라지형학 연구를 위해 지구 표면 지형의 디지털 고도 모델을 얻는 데 사용되었습니다.

지형학에 ToF 카메라 적용