一、Wat is tijd van vluchtcamera's?

Time-of-flight (ToF)-camera's zijn een soort dieptedetectietechnologie die de afstand tussen de camera en objecten in de scène meet door gebruik te maken van de tijd die het licht nodig heeft om naar de objecten en terug naar de camera te reizen. Ze worden vaak gebruikt in verschillende toepassingen, zoals augmented reality, robotica, 3D-scannen, gebarenherkenning en meer.

ToF-camera'swerken door een lichtsignaal uit te zenden, meestal infrarood licht, en de tijd te meten die het signaal nodig heeft om terug te kaatsen nadat het objecten in de scène heeft geraakt. Deze tijdmeting wordt vervolgens gebruikt om de afstand tot de objecten te berekenen, waardoor een dieptekaart of een 3D-weergave van de scène ontstaat.

De tijd van vluchtcamera's

Vergeleken met andere dieptedetectietechnologieën zoals gestructureerd licht of stereovisie, bieden ToF-camera's verschillende voordelen. Ze bieden real-time diepte-informatie, hebben een relatief eenvoudig ontwerp en kunnen onder verschillende lichtomstandigheden werken. ToF-camera's zijn ook compact en kunnen worden geïntegreerd in kleinere apparaten zoals smartphones, tablets en draagbare apparaten.

De toepassingen van ToF-camera's zijn divers. In augmented reality kunnen ToF-camera's nauwkeurig de diepte van objecten detecteren en het realisme van virtuele objecten in de echte wereld verbeteren. In de robotica stellen ze robots in staat hun omgeving waar te nemen en effectiever door obstakels te navigeren. Bij 3D-scannen kunnen ToF-camera's snel de geometrie van objecten of omgevingen vastleggen voor verschillende doeleinden, zoals virtual reality, gaming of 3D-printen. Ze worden ook gebruikt in biometrische toepassingen, zoals gezichtsherkenning of handgebarenherkenning.

二、Onderdelen van vluchttijdcamera's

Time-of-flight-camera's (ToF).bestaan ​​uit verschillende belangrijke componenten die samenwerken om dieptewaarneming en afstandsmeting mogelijk te maken. De specifieke componenten kunnen variëren afhankelijk van het ontwerp en de fabrikant, maar hier zijn de fundamentele elementen die doorgaans voorkomen in ToF-camerasystemen:

Lichtbron:

ToF-camera's gebruiken een lichtbron om een ​​lichtsignaal uit te zenden, meestal in de vorm van infrarood (IR) licht. De lichtbron kan een LED (Light-Emitting Diode) of een laserdiode zijn, afhankelijk van het ontwerp van de camera. Het uitgezonden licht reist naar de objecten in de scène.

Optiek:

Een lens verzamelt het gereflecteerde licht en beeldt de omgeving af op de beeldsensor (focal plane array). Een optisch banddoorlaatfilter laat alleen licht door met dezelfde golflengte als de verlichtingseenheid. Dit helpt niet-relevant licht te onderdrukken en ruis te verminderen.

Beeldsensor:

Dit is het hart van de TOF-camera. Elke pixel meet de tijd die het licht nodig heeft gehad om van de verlichtingseenheid (laser of LED) naar het object te reizen en terug naar de brandvlakarray.

Timingcircuits:

Om de vluchttijd nauwkeurig te kunnen meten, heeft de camera nauwkeurige timingcircuits nodig. Dit circuit regelt de emissie van het lichtsignaal en detecteert de tijd die het licht nodig heeft om naar de objecten te reizen en terug te keren naar de camera. Het synchroniseert de emissie- en detectieprocessen om nauwkeurige afstandsmetingen te garanderen.

Modulatie:

SommigeToF-camera'smodulatietechnieken bevatten om de nauwkeurigheid en robuustheid van afstandsmetingen te verbeteren. Deze camera's moduleren het uitgezonden lichtsignaal met een specifiek patroon of frequentie. De modulatie helpt het uitgestraalde licht te onderscheiden van andere omgevingslichtbronnen en verbetert het vermogen van de camera om onderscheid te maken tussen verschillende objecten in de scène.

Diepteberekeningsalgoritme:

Om de time-of-flight-metingen om te zetten in diepte-informatie, maken ToF-camera's gebruik van geavanceerde algoritmen. Deze algoritmen analyseren de timinggegevens die worden ontvangen van de fotodetector en berekenen de afstand tussen de camera en de objecten in de scène. De algoritmen voor diepteberekening omvatten vaak het compenseren van factoren zoals de voortplantingssnelheid van het licht, de responstijd van de sensor en interferentie van omgevingslicht.

Dieptegegevensuitvoer:

Zodra de diepteberekening is uitgevoerd, levert de ToF-camera uitvoer van dieptegegevens. Deze uitvoer kan de vorm aannemen van een dieptekaart, een puntenwolk of een 3D-weergave van de scène. De dieptegegevens kunnen door applicaties en systemen worden gebruikt om verschillende functionaliteiten mogelijk te maken, zoals het volgen van objecten, augmented reality of robotnavigatie.

Het is belangrijk op te merken dat de specifieke implementatie en componenten van ToF-camera's per fabrikant en model kunnen variëren. Technologische vooruitgang kan extra functies en verbeteringen introduceren om de prestaties en mogelijkheden van ToF-camerasystemen te verbeteren.

三、Toepassingen

Automotive-toepassingen

Time-of-flight-camera'sworden gebruikt in assistentie- en veiligheidsfuncties voor geavanceerde automobieltoepassingen zoals actieve voetgangersveiligheid, pre-crash-detectie en binnentoepassingen zoals out-of-position (OOP)-detectie.

De toepassing van ToF-camera's

Mens-machine-interfaces en gaming

As time-of-flight-camera'szorgen voor afstandsbeelden in realtime, het is gemakkelijk om bewegingen van mensen te volgen. Dit maakt nieuwe interacties met consumentenapparaten zoals televisies mogelijk. Een ander onderwerp is het gebruik van dit soort camera's voor interactie met games op videogameconsoles. De Kinect-sensor van de tweede generatie die oorspronkelijk bij de Xbox One-console werd geleverd, gebruikte een time-of-flight-camera voor beeldvorming van het bereik, waardoor natuurlijke gebruikersinterfaces en gaming mogelijk zijn. toepassingen waarbij gebruik wordt gemaakt van computervisie en gebarenherkenningstechnieken.

Creative en Intel bieden ook een soortgelijk type interactieve time-of-flight-camera voor gaming, de Senz3D, gebaseerd op de DepthSense 325-camera van Softkinetic. Infineon en PMD Technologies maken kleine geïntegreerde 3D-dieptecamera's mogelijk voor gebarenbediening op korte afstand van consumentenapparaten zoals alles-in-één pc's en laptops (Picco flexx en Picco monstar camera's).

De toepassing van ToF-camera's in games

Smartphone-camera's

Verschillende smartphones bevatten time-of-flight-camera's. Deze worden vooral gebruikt om de kwaliteit van foto’s te verbeteren door de camerasoftware te voorzien van informatie over voor- en achtergrond. De eerste mobiele telefoon die dergelijke technologie gebruikte, was de LG G3, die begin 2014 werd uitgebracht.

De toepassing van ToF-camera's in mobiele telefoons

Meting en machinevisie

Andere toepassingen zijn meettaken, bijvoorbeeld voor de vulhoogte in silo's. Bij industriële machinevisie helpt de time-of-flight-camera objecten te classificeren en te lokaliseren voor gebruik door robots, zoals items die voorbijgaan op een transportband. Deurbedieningen kunnen gemakkelijk onderscheid maken tussen dieren en mensen die de deur bereiken.

Robotica

Een ander gebruik van deze camera's is op het gebied van de robotica: mobiele robots kunnen zeer snel een kaart van hun omgeving opbouwen, waardoor ze obstakels kunnen ontwijken of een leidende persoon kunnen volgen. Omdat de afstandsberekening eenvoudig is, wordt er slechts weinig rekenkracht gebruikt. Omdat deze camera's ook kunnen worden gebruikt om afstanden te meten, is het bekend dat teams van FIRST Robotics Competition de apparaten gebruiken voor autonome routines.

Topografie van de aarde

ToF-camera'szijn gebruikt om digitale hoogtemodellen van de topografie van het aardoppervlak te verkrijgen, voor studies in de geomorfologie.

De toepassing van ToF-camera's in de geomorfologie