Kas ir lidojuma laika kameras?

Lidojuma laika (ToF) kameras ir dziļuma uztveršanas tehnoloģijas veids, kas mēra attālumu starp kameru un objektiem ainā, izmantojot laiku, kas nepieciešams, lai gaisma nokļūtu līdz objektiem un atpakaļ uz kameru. Tās parasti tiek izmantotas dažādās lietojumprogrammās, piemēram, paplašinātajā realitātē, robotikā, 3D skenēšanā, žestu atpazīšanā un citur.

ToF kamerasdarbojas, izstarojot gaismas signālu, parasti infrasarkano gaismu, un mērot laiku, kas nepieciešams, lai signāls atgrieztos pēc tam, kad ir trāpījis objektiem ainā. Šis laika mērījums pēc tam tiek izmantots, lai aprēķinātu attālumu līdz objektiem, izveidojot dziļuma karti vai ainas 3D attēlojumu.

Lidojuma kameru laiks

Salīdzinot ar citām dziļuma uztveršanas tehnoloģijām, piemēram, strukturēto gaismu vai stereo redzi, ToF kamerām ir vairākas priekšrocības. Tās sniedz dziļuma informāciju reāllaikā, tām ir salīdzinoši vienkāršs dizains un tās var darboties dažādos apgaismojuma apstākļos. ToF kameras ir arī kompaktas un tās var integrēt mazākās ierīcēs, piemēram, viedtālruņos, planšetdatoros un valkājamās ierīcēs.

ToF kameru pielietojums ir daudzveidīgs. Paplašinātajā realitātē ToF kameras var precīzi noteikt objektu dziļumu un uzlabot reālajā pasaulē novietoto virtuālo objektu reālismu. Robotikā tās ļauj robotiem uztvert apkārtni un efektīvāk pārvietoties pa šķēršļiem. 3D skenēšanā ToF kameras var ātri uztvert objektu vai vides ģeometriju dažādiem mērķiem, piemēram, virtuālajai realitātei, spēlēm vai 3D drukāšanai. Tās tiek izmantotas arī biometrijas lietojumprogrammās, piemēram, sejas atpazīšanā vai roku žestu atpazīšanā.

二,Lidojuma kameru laika komponenti

Lidojuma laika (ToF) kamerassastāv no vairākām galvenajām sastāvdaļām, kas darbojas kopā, lai nodrošinātu dziļuma noteikšanu un attāluma mērīšanu. Konkrētās sastāvdaļas var atšķirties atkarībā no konstrukcijas un ražotāja, taču šeit ir pamatelementi, kas parasti atrodami ToF kameru sistēmās:

Gaismas avots:

ToF kameras izmanto gaismas avotu, lai izstarotu gaismas signālu, parasti infrasarkanās (IR) gaismas veidā. Gaismas avots var būt LED (gaismu emitējoša diode) vai lāzerdiode atkarībā no kameras konstrukcijas. Izstarotā gaisma virzās uz objektiem ainā.

Optika:

Objektīvs savāc atstaroto gaismu un attēlo vidi uz attēla sensora (fokālās plaknes masīva). Optiskais joslas caurlaides filtrs laiž cauri tikai gaismu ar tādu pašu viļņa garumu kā apgaismojuma ierīce. Tas palīdz nomākt neatbilstošu gaismu un samazināt troksni.

Attēla sensors:

Šī ir TOF kameras sirds. Katrs pikselis mēra laiku, kas nepieciešams, lai gaisma pārvietotos no apgaismojuma ierīces (lāzera vai LED) līdz objektam un atpakaļ uz fokālās plaknes masīvu.

Laika shēma:

Lai precīzi izmērītu lidojuma laiku, kamerai ir nepieciešama precīza laika shēma. Šī shēma kontrolē gaismas signāla izstarošanu un nosaka laiku, kas nepieciešams, lai gaisma nokļūtu līdz objektiem un atgrieztos kamerā. Tā sinhronizē izstarošanas un noteikšanas procesus, lai nodrošinātu precīzus attāluma mērījumus.

Modulācija:

DažiToF kamerasietver modulācijas metodes, lai uzlabotu attāluma mērījumu precizitāti un robustumu. Šīs kameras modulē izstaroto gaismas signālu ar noteiktu modeli vai frekvenci. Modulācija palīdz atšķirt izstaroto gaismu no citiem apkārtējās gaismas avotiem un uzlabo kameras spēju atšķirt dažādus objektus ainā.

Dziļuma aprēķināšanas algoritms:

Lai pārveidotu lidojuma laika mērījumus dziļuma informācijā, ToF kameras izmanto sarežģītus algoritmus. Šie algoritmi analizē no fotodetektora saņemtos laika datus un aprēķina attālumu starp kameru un objektiem ainā. Dziļuma aprēķināšanas algoritmi bieži vien ietver tādu faktoru kā gaismas izplatīšanās ātruma, sensora reakcijas laika un apkārtējās gaismas traucējumu kompensāciju.

Dziļuma datu izvade:

Kad dziļuma aprēķins ir veikts, ToF kamera nodrošina dziļuma datu izvadi. Šī izvade var būt dziļuma kartes, punktu mākoņa vai ainas 3D attēlojuma veidā. Dziļuma datus var izmantot lietojumprogrammas un sistēmas, lai nodrošinātu dažādas funkcijas, piemēram, objektu izsekošanu, paplašināto realitāti vai robotizētu navigāciju.

Ir svarīgi atzīmēt, ka ToF kameru specifiskā ieviešana un komponenti dažādiem ražotājiem un modeļiem var atšķirties. Tehnoloģiju attīstība var ieviest papildu funkcijas un uzlabojumus, lai uzlabotu ToF kameru sistēmu veiktspēju un iespējas.

三、Lietojumprogrammas

Automobiļu lietojumprogrammas

Lidojuma laika kamerastiek izmantoti palīdzības un drošības funkcijās progresīvām automobiļu lietojumprogrammām, piemēram, aktīvajai gājēju drošībai, pirmssadursmes noteikšanai un iekštelpu lietojumprogrammām, piemēram, ārpuspozīcijas (OOP) noteikšanai.

ToF kameru pielietojums

Cilvēka un mašīnas saskarnes un spēles

As lidojuma laika kamerasNodrošinot attāluma attēlus reāllaikā, ir viegli izsekot cilvēku kustībām. Tas paver jaunas mijiedarbības iespējas ar patērētāju ierīcēm, piemēram, televizoriem. Vēl viena tēma ir šāda veida kameru izmantošana, lai mijiedarbotos ar spēlēm videospēļu konsolēs. Otrās paaudzes Kinect sensors, kas sākotnēji bija iekļauts Xbox One konsolē, attāluma attēlveidošanai izmantoja lidojuma laika kameru, nodrošinot dabiskas lietotāja saskarnes un spēļu lietojumprogrammas, izmantojot datorredzi un žestu atpazīšanas metodes.

Arī Creative un Intel piedāvā līdzīga veida interaktīvu žestu laika lidojuma kameru spēlēm — Senz3D, kuras pamatā ir Softkinetic DepthSense 325 kamera. Infineon un PMD Technologies nodrošina sīkas integrētas 3D dziļuma kameras plaša diapazona žestu vadībai patērētāju ierīcēs, piemēram, daudzfunkciju datoros un klēpjdatoros (Picco flexx un Picco monstar kameras).

ToF kameru pielietojums spēlēs

Viedtālruņu kameras

Vairākos viedtālruņos ir lidojuma laika kameras. Tās galvenokārt tiek izmantotas, lai uzlabotu fotoattēlu kvalitāti, sniedzot kameras programmatūrai informāciju par priekšplānu un fonu. Pirmais mobilais tālrunis, kurā tika izmantota šāda tehnoloģija, bija LG G3, kas tika izlaists 2014. gada sākumā.

ToF kameru pielietojums mobilajos tālruņos

Mērīšana un mašīnredze

Citi pielietojumi ir mērīšanas uzdevumi, piemēram, silosu piepildes augstuma noteikšana. Rūpnieciskajā mašīnredzē lidojuma laika kamera palīdz klasificēt un atrast objektus, ko izmanto roboti, piemēram, priekšmetus, kas pārvietojas pa konveijeru. Durvju vadības ierīces var viegli atšķirt dzīvniekus un cilvēkus, kas sasniedz durvis.

Robotika

Vēl viens šo kameru pielietojums ir robotikas joma: mobilie roboti var ļoti ātri izveidot apkārtnes karti, kas ļauj tiem izvairīties no šķēršļiem vai sekot vadošajai personai. Tā kā attāluma aprēķināšana ir vienkārša, tiek izmantota tikai neliela skaitļošanas jauda. Tā kā šīs kameras var izmantot arī attāluma mērīšanai, FIRST Robotics Competition komandas ir zināmas ar to, ka izmanto šīs ierīces autonomiem uzdevumiem.

Zemes topogrāfija

ToF kamerasir izmantoti, lai iegūtu Zemes virsmas topogrāfijas digitālos augstuma modeļus ģeomorfoloģijas pētījumiem.

ToF kameru pielietojums ģeomorfoloģijā