一, Kas yra skrydžio laiko kameros?

Skrydžio laiko (ToF) kameros yra gylio jutimo technologija, kuri matuoja atstumą tarp fotoaparato ir objektų scenoje, naudodama laiką, per kurį šviesa nukeliauja iki objektų ir atgal į fotoaparatą. Jie dažniausiai naudojami įvairiose programose, tokiose kaip papildyta realybė, robotika, 3D nuskaitymas, gestų atpažinimas ir kt.

ToF kamerosdirbti skleidžiant šviesos signalą, paprastai infraraudonąją šviesą, ir matuojant laiką, per kurį signalas atsimuša atsitrenkus į scenoje esančius objektus. Tada šis laiko matavimas naudojamas atstumui iki objektų apskaičiuoti, sukuriant gylio žemėlapį arba 3D scenos vaizdą.

Skrydžio kamerų laikas

Palyginti su kitomis gylio jutimo technologijomis, tokiomis kaip struktūrinė šviesa ar stereofoninis vaizdas, ToF kameros turi keletą privalumų. Jie teikia realaus laiko informaciją apie gylį, yra gana paprasto dizaino ir gali veikti įvairiomis apšvietimo sąlygomis. ToF kameros taip pat yra kompaktiškos ir gali būti integruotos į mažesnius įrenginius, pvz., išmaniuosius telefonus, planšetinius kompiuterius ir nešiojamus įrenginius.

ToF kamerų pritaikymo galimybės yra įvairios. Papildytoje realybėje ToF kameros gali tiksliai aptikti objektų gylį ir pagerinti realiame pasaulyje esančių virtualių objektų tikroviškumą. Robotikoje jie leidžia robotams suvokti aplinką ir efektyviau naršyti po kliūtis. 3D nuskaitymo metu ToF kameros gali greitai užfiksuoti objektų ar aplinkos geometriją įvairiems tikslams, pavyzdžiui, virtualiajai realybei, žaidimams ar 3D spausdinimui. Jie taip pat naudojami biometrinėse programose, tokiose kaip veido atpažinimas arba rankų gestų atpažinimas.

二,Skrydžio laiko kamerų komponentai

Skrydžio laiko (ToF) kamerossusideda iš kelių pagrindinių komponentų, kurie veikia kartu, kad būtų galima nustatyti gylį ir išmatuoti atstumą. Konkretūs komponentai gali skirtis priklausomai nuo dizaino ir gamintojo, tačiau čia yra pagrindiniai elementai, paprastai randami ToF kamerų sistemose:

Šviesos šaltinis:

ToF kameros naudoja šviesos šaltinį šviesos signalui skleisti, dažniausiai infraraudonosios (IR) šviesos pavidalu. Šviesos šaltinis gali būti LED (Light-Emitting Diode) arba lazerinis diodas, priklausomai nuo fotoaparato konstrukcijos. Skleidžiama šviesa keliauja link scenoje esančių objektų.

Optika:

Objektyvas surenka atspindėtą šviesą ir vaizduoja aplinką į vaizdo jutiklį (židinio plokštumos matricą). Optinis juostos pralaidumo filtras praleidžia tik šviesą, kurios bangos ilgis yra toks pat kaip ir apšvietimo blokas. Tai padeda slopinti netinkamą šviesą ir sumažinti triukšmą.

Vaizdo jutiklis:

Tai yra TOF fotoaparato širdis. Kiekvienas pikselis matuoja laiką, per kurį šviesa nukeliavo nuo apšvietimo bloko (lazerio arba LED) iki objekto ir atgal į židinio plokštumos matricą.

Laiko grandinė:

Norint tiksliai išmatuoti skrydžio laiką, fotoaparatui reikia tikslios laiko nustatymo grandinės. Ši grandinė valdo šviesos signalo spinduliavimą ir nustato laiką, per kurį šviesa nukeliauja į objektus ir grįžta į kamerą. Jis sinchronizuoja emisijos ir aptikimo procesus, kad būtų užtikrintas tikslus atstumo matavimas.

Moduliavimas:

Kai kurieToF kamerosapima moduliavimo metodus, kad pagerintų atstumo matavimų tikslumą ir patikimumą. Šios kameros moduliuoja skleidžiamą šviesos signalą tam tikru modeliu arba dažniu. Moduliacija padeda atskirti skleidžiamą šviesą nuo kitų aplinkos šviesos šaltinių ir pagerina fotoaparato gebėjimą atskirti skirtingus scenos objektus.

Gylio skaičiavimo algoritmas:

Norėdami paversti skrydžio laiko matavimus į gylio informaciją, ToF kameros naudoja sudėtingus algoritmus. Šie algoritmai analizuoja iš fotodetektoriaus gautus laiko duomenis ir apskaičiuoja atstumą tarp kameros ir scenoje esančių objektų. Gylio skaičiavimo algoritmai dažnai apima tokius veiksnius kaip šviesos sklidimo greitis, jutiklio reakcijos laikas ir aplinkos šviesos trukdžiai.

Gylio duomenų išvestis:

Atlikus gylio skaičiavimą, ToF kamera pateikia gylio duomenis. Ši išvestis gali būti gylio žemėlapio, taškų debesies arba 3D scenos vaizdavimo forma. Gylio duomenis gali naudoti programos ir sistemos, kad įgalintų įvairias funkcijas, tokias kaip objektų sekimas, papildyta realybė ar robotų navigacija.

Svarbu pažymėti, kad konkretus ToF kamerų įgyvendinimas ir komponentai gali skirtis priklausomai nuo skirtingų gamintojų ir modelių. Technologijų pažanga gali pasiūlyti papildomų funkcijų ir patobulinimų, siekiant pagerinti ToF kamerų sistemų veikimą ir galimybes.

三、Aplikacijos

Automobilių programos

Skrydžio laiko kamerosyra naudojami pagalbinėse ir saugos funkcijose, skirtose pažangioms automobilių programoms, tokioms kaip aktyvi pėsčiųjų sauga, aptikimas prieš avariją ir patalpose, pvz., OOP aptikimas.

ToF kamerų taikymas

Žmogaus ir mašinos sąsajos ir žaidimai

As skrydžio laiko kamerosPateikite atstumo vaizdus realiu laiku, nesunku sekti žmonių judesius. Tai leidžia naujai sąveikauti su vartotojų įrenginiais, tokiais kaip televizoriai. Kita tema yra šio tipo kamerų naudojimas sąveikaujant su žaidimais vaizdo žaidimų pultuose. Antros kartos Kinect jutiklis, kuris iš pradžių buvo įtrauktas į Xbox One konsolę, naudojo skrydžio laiko kamerą, kad būtų galima atvaizduoti, suteikdama natūralias vartotojo sąsajas ir žaidimus. programos, naudojant kompiuterinio matymo ir gestų atpažinimo metodus.

„Creative“ ir „Intel“ taip pat siūlo panašaus tipo interaktyvią skrydžio laiko kamerą, skirtą žaidimams, „Senz3D“, pagrįstą „Softkinetic“ DepthSense 325 kamera. „Infineon“ ir „PMD Technologies“ įgalina mažytes integruotas 3D gylio kameras, skirtas vartotojų prietaisams, pvz., „viskas viename“ kompiuteriams ir nešiojamiesiems kompiuteriams („Picco flexx“ ir „Picco monstar“ fotoaparatams), valdyti artimu atstumu.

ToF kamerų taikymas žaidimuose

Išmaniųjų telefonų kameros

Kai kuriuose išmaniuosiuose telefonuose yra skrydžio laiko kameros. Jie daugiausia naudojami nuotraukų kokybei pagerinti, suteikiant fotoaparato programinei įrangai informaciją apie priekinį planą ir foną. Pirmasis mobilusis telefonas, kuriame naudojama tokia technologija, buvo LG G3, išleistas 2014 m.

ToF kamerų taikymas mobiliuosiuose telefonuose

Matavimas ir mašininis matymas

Kiti pritaikymai yra matavimo užduotys, pvz., pildymo aukščiui silosuose. Pramoninio mašinos matymo atveju skrydžio laiko kamera padeda klasifikuoti ir rasti robotams naudojamus objektus, pvz., daiktus, praeinančius konvejeriu. Durų valdikliai gali lengvai atskirti gyvūnus ir žmones, pasiekiančius duris.

Robotika

Kitas šių kamerų panaudojimo būdas yra robotikos sritis: mobilūs robotai gali labai greitai sudaryti savo aplinkos žemėlapį, leidžiantį išvengti kliūčių arba sekti vadovaujantį asmenį. Kadangi atstumo skaičiavimas yra paprastas, naudojama tik nedidelė skaičiavimo galia. Kadangi šios kameros taip pat gali būti naudojamos atstumui matuoti, buvo žinoma, kad FIRST Robotics Competition komandos naudoja įrenginius savarankiškoms rutinoms.

Žemės topografija

ToF kamerosbuvo naudojami skaitmeniniams Žemės paviršiaus topografijos aukščių modeliams gauti geomorfologijos tyrimams.

ToF kamerų taikymas geomorfologijoje