一、Kas ir lidojuma laika kameras?

Lidojuma laika (ToF) kameras ir dziļuma noteikšanas tehnoloģijas veids, kas mēra attālumu starp kameru un ainā esošajiem objektiem, izmantojot laiku, kas nepieciešams, lai gaisma nokļūtu līdz objektiem un atpakaļ uz kameru. Tos parasti izmanto dažādās lietojumprogrammās, piemēram, paplašinātajā realitātē, robotikā, 3D skenēšanā, žestu atpazīšanā u.c.

ToF kamerasstrādājiet, izstarojot gaismas signālu, parasti infrasarkano gaismu, un izmērot laiku, kas nepieciešams, lai signāls atgrieztos pēc sitiena ar objektiem ainā. Šo laika mērījumu izmanto, lai aprēķinātu attālumu līdz objektiem, izveidojot dziļuma karti vai ainas 3D attēlojumu.

Lidojuma kameru laiks

Salīdzinot ar citām dziļuma noteikšanas tehnoloģijām, piemēram, strukturētu gaismu vai stereoredzi, ToF kamerām ir vairākas priekšrocības. Tie nodrošina reāllaika dziļuma informāciju, tiem ir salīdzinoši vienkāršs dizains, un tie var darboties dažādos apgaismojuma apstākļos. ToF kameras ir arī kompaktas, un tās var integrēt mazākās ierīcēs, piemēram, viedtālruņos, planšetdatoros un valkājamās ierīcēs.

ToF kameru pielietojumi ir dažādi. Papildinātajā realitātē ToF kameras var precīzi noteikt objektu dziļumu un uzlabot reālajā pasaulē novietoto virtuālo objektu reālismu. Robotikā tie ļauj robotiem uztvert apkārtni un efektīvāk pārvietoties pa šķēršļiem. Izmantojot 3D skenēšanu, ToF kameras var ātri tvert objektu vai vides ģeometriju dažādiem mērķiem, piemēram, virtuālajai realitātei, spēlēm vai 3D drukāšanai. Tos izmanto arī biometriskās lietojumprogrammās, piemēram, sejas atpazīšanā vai rokas žestu atpazīšanā.

二,Lidojuma laika kameru sastāvdaļas

Lidojuma laika (ToF) kamerassastāv no vairākiem galvenajiem komponentiem, kas darbojas kopā, lai nodrošinātu dziļuma noteikšanu un attāluma mērīšanu. Konkrētie komponenti var atšķirties atkarībā no konstrukcijas un ražotāja, taču šeit ir minēti galvenie elementi, kas parasti sastopami ToF kameru sistēmās:

Gaismas avots:

ToF kameras izmanto gaismas avotu, lai izstarotu gaismas signālu, parasti infrasarkanās (IR) gaismas veidā. Gaismas avots atkarībā no kameras konstrukcijas var būt LED (Light-Emitting Diode) vai lāzerdiode. Izstarotā gaisma virzās uz ainas objektiem.

Optika:

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

Attēla sensors:

Tā ir TOF kameras sirds. Katrs pikselis mēra laiku, kāds gaismai ir nepieciešams, lai no apgaismojuma vienības (lāzera vai LED) pārvietotos uz objektu un atpakaļ uz fokusa plaknes bloku.

Laika shēma:

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

Modulācija:

DažasToF kamerasietver modulācijas metodes, lai uzlabotu attāluma mērījumu precizitāti un robustumu. Šīs kameras modulē izstarotās 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 pārvērstu lidojuma laika mērījumus dziļuma informācijā, ToF kameras izmanto sarežģītus algoritmus. Šie algoritmi analizē no fotodetektora saņemtos laika datus un aprēķina attālumu starp kameru un ainā esošajiem objektiem. Dziļuma aprēķināšanas algoritmi bieži ietver tādu faktoru kompensēšanu kā gaismas izplatīšanās ātrums, sensora reakcijas laiks un apkārtējās gaismas traucējumi.

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 iespējotu dažādas funkcijas, piemēram, objektu izsekošanu, paplašināto realitāti vai robotizētu navigāciju.

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

三、Lietojumprogrammas

Automobiļu lietojumprogrammas

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

ToF kameru pielietojums

Cilvēka un mašīnas saskarnes un spēles

As lidojuma laika kamerasnodrošina attāluma attēlus reāllaikā, ir viegli izsekot cilvēku kustībām. Tas nodrošina jaunu mijiedarbību 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 tika iekļauts Xbox One konsolē, izmantoja lidojuma laika kameru diapazona attēlveidošanai, nodrošinot dabisku lietotāja saskarni un spēles. lietojumprogrammas, izmantojot datorredzes un žestu atpazīšanas metodes.

Creative un Intel nodrošina arī līdzīga veida interaktīvu žestu lidojuma laika kameru spēlēm — Senz3D, kuras pamatā ir Softkinetic DepthSense 325 kamera. Infineon un PMD Technologies nodrošina nelielas integrētas 3D dziļuma kameras, kas nodrošina patērētāju ierīču, piemēram, daudzfunkcionālo datoru un klēpjdatoru (Picco flexx un Picco monstar kameras), tuva diapazona žestu kontroli.

ToF kameru pielietojums spēlēs

Viedtālruņu kameras

Vairākos viedtālruņos ir lidojuma laika kameras. Tos galvenokārt izmanto, lai uzlabotu fotoattēlu kvalitāti, nodrošinot 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 lietojumi ir mērīšanas uzdevumi, piemēram, uzpildes augstumam tvertnēs. Rūpnieciskajā mašīnredzē lidojuma laika kamera palīdz klasificēt un atrast objektus, ko izmanto roboti, piemēram, priekšmetus, kas iet garām pa konveijeru. Durvju vadības ierīces var viegli atšķirt dzīvniekus un cilvēkus, kas sasniedz durvis.

Robotika

Vēl viena šo kameru izmantošana ir robotikas joma: mobilie roboti var ļoti ātri izveidot savas apkārtnes karti, ļaujot tiem izvairīties no šķēršļiem vai sekot vadošai personai. Tā kā attāluma aprēķins ir vienkāršs, tiek izmantota tikai neliela skaitļošanas jauda. Tā kā šīs kameras var izmantot arī attāluma mērīšanai, ir zināms, ka FIRST Robotics Competition komandas izmanto ierīces autonomām rutīnām.

Zemes topogrāfija

ToF kamerasir izmantoti Zemes virsmas topogrāfijas digitālo augstuma modeļu iegūšanai ģeomorfoloģijas pētījumiem.

ToF kameru pielietojums ģeomorfoloģijā