一、Hva er time of flight-kameraer?

Time-of-flight-kameraer (ToF) er en type dybdefølende teknologi som måler avstanden mellom kameraet og objektene i scenen ved å bruke tiden det tar for lys å bevege seg til objektene og tilbake til kameraet. De brukes ofte i ulike applikasjoner som utvidet virkelighet, robotikk, 3D-skanning, gestgjenkjenning og mer.

ToF-kameraerarbeid ved å sende ut et lyssignal, vanligvis infrarødt lys, og måle tiden det tar før signalet spretter tilbake etter å ha truffet objekter i scenen. Denne tidsmålingen brukes deretter til å beregne avstanden til objektene, lage et dybdekart eller en 3D-representasjon av scenen.

Tiden for flykameraer

Sammenlignet med andre dybdefølende teknologier som strukturert lys eller stereosyn, tilbyr ToF-kameraer flere fordeler. De gir sanntids dybdeinformasjon, har en relativt enkel design og kan fungere under ulike lysforhold. ToF-kameraer er også kompakte og kan integreres i mindre enheter som smarttelefoner, nettbrett og bærbare enheter.

Bruksområdene til ToF-kameraer er forskjellige. I utvidet virkelighet kan ToF-kameraer nøyaktig oppdage dybden til objekter og forbedre realismen til virtuelle objekter plassert i den virkelige verden. I robotikk lar de roboter oppfatte omgivelsene sine og navigere hindringer mer effektivt. I 3D-skanning kan ToF-kameraer raskt fange opp geometrien til objekter eller miljøer for ulike formål som virtuell virkelighet, spill eller 3D-utskrift. De brukes også i biometriske applikasjoner, for eksempel ansiktsgjenkjenning eller håndbevegelsesgjenkjenning.

二,Komponenter av time of flight-kameraer

Time-of-flight (ToF) kameraerbestår av flere nøkkelkomponenter som fungerer sammen for å muliggjøre dybdeføling og avstandsmåling. De spesifikke komponentene kan variere avhengig av design og produsent, men her er de grunnleggende elementene som vanligvis finnes i ToF-kamerasystemer:

Lyskilde:

ToF-kameraer bruker en lyskilde for å sende ut et lyssignal, vanligvis i form av infrarødt (IR) lys. Lyskilden kan være en LED (Light-Emitting Diode) eller en laserdiode, avhengig av kameraets design. Det utsendte lyset beveger seg mot objektene i scenen.

Optikk:

En linse samler det reflekterte lyset og avbilder miljøet på bildesensoren (focal plane array). Et optisk båndpassfilter passerer bare lyset med samme bølgelengde som belysningsenheten. Dette bidrar til å undertrykke ikke-relevant lys og redusere støy.

Bildesensor:

Dette er hjertet i TOF-kameraet. Hver piksel måler tiden det har tatt lyset å bevege seg fra belysningsenheten (laser eller LED) til objektet og tilbake til focal plane array.

Timing krets:

For å måle flytiden nøyaktig, trenger kameraet nøyaktige tidskretser. Denne kretsen kontrollerer emisjonen av lyssignalet og registrerer tiden det tar for lyset å reise til objektene og returnere til kameraet. Den synkroniserer utslipps- og deteksjonsprosessene for å sikre nøyaktige avstandsmålinger.

Modulering:

NoenToF-kameraerinnlemme modulasjonsteknikker for å forbedre nøyaktigheten og robustheten til avstandsmålinger. Disse kameraene modulerer det utsendte lyssignalet med et spesifikt mønster eller frekvens. Moduleringen hjelper til med å skille det utsendte lyset fra andre omgivende lyskilder og forbedrer kameraets evne til å skille mellom ulike objekter i scenen.

Algoritme for dybdeberegning:

For å konvertere målinger av flytiden til dybdeinformasjon, bruker ToF-kameraer sofistikerte algoritmer. Disse algoritmene analyserer tidsdataene mottatt fra fotodetektoren og beregner avstanden mellom kameraet og objektene i scenen. Dybdeberegningsalgoritmene involverer ofte å kompensere for faktorer som lysforplantningshastighet, sensorresponstid og interferens fra omgivelseslys.

Dybdedatautgang:

Når dybdeberegningen er utført, gir ToF-kameraet dybdedatautgang. Denne utgangen kan ha form av et dybdekart, en punktsky eller en 3D-representasjon av scenen. Dybdedataene kan brukes av applikasjoner og systemer for å aktivere ulike funksjoner som objektsporing, utvidet virkelighet eller robotnavigasjon.

Det er viktig å merke seg at den spesifikke implementeringen og komponentene til ToF-kameraer kan variere mellom ulike produsenter og modeller. Fremskritt innen teknologi kan introdusere tilleggsfunksjoner og forbedringer for å forbedre ytelsen og egenskapene til ToF-kamerasystemer.

三、applikasjoner

Automotive applikasjoner

Time-of-flight-kameraerbrukes i assistanse- og sikkerhetsfunksjoner for avanserte bilapplikasjoner som aktiv fotgjengersikkerhet, precrash-deteksjon og innendørsapplikasjoner som out-of-position (OOP)-deteksjon.

Bruken av ToF-kameraer

Menneske-maskin-grensesnitt og spill

As flytidskameraergi avstandsbilder i sanntid, er det enkelt å spore bevegelser til mennesker. Dette tillater nye interaksjoner med forbrukerenheter som fjernsyn. Et annet tema er å bruke denne typen kameraer til å samhandle med spill på videospillkonsoller. Den andre generasjons Kinect-sensoren som opprinnelig fulgte med Xbox One-konsollen, brukte et time-of-flight-kamera for rekkeviddeavbildning, som muliggjorde naturlige brukergrensesnitt og spill applikasjoner som bruker datasyn og bevegelsesgjenkjenningsteknikker.

Creative og Intel tilbyr også en lignende type interaktivt bevegelses-time-of-flight-kamera for spill, Senz3D basert på DepthSense 325-kameraet til Softkinetic. Infineon- og PMD-teknologier muliggjør små integrerte 3D-dybdekameraer for bevegelseskontroll på nært hold av forbrukerenheter som alt-i-ett-PCer og bærbare datamaskiner (Picco flexx og Picco monstar-kameraer).

Bruken av ToF-kameraer i spill

Smarttelefonkameraer

Flere smarttelefoner inkluderer flytidskameraer. Disse brukes hovedsakelig til å forbedre kvaliteten på bilder ved å gi kameraprogramvaren informasjon om forgrunn og bakgrunn. Den første mobiltelefonen som brukte slik teknologi var LG G3, utgitt tidlig i 2014.

Bruken av ToF-kameraer i mobiltelefoner

Måling og maskinsyn

Andre bruksområder er måleoppgaver, f.eks. for fyllingshøyden i siloer. I industriell maskinsyn hjelper time-of-flight-kameraet med å klassifisere og lokalisere objekter for bruk av roboter, for eksempel gjenstander som passerer forbi på en transportør. Dørkontroller kan lett skille mellom dyr og mennesker som når døren.

Robotikk

En annen bruk av disse kameraene er innen robotikk: Mobile roboter kan bygge opp et kart over omgivelsene veldig raskt, slik at de kan unngå hindringer eller følge en ledende person. Ettersom avstandsberegningen er enkel, brukes bare lite regnekraft. Siden disse kameraene også kan brukes til å måle avstand, har team for FIRST Robotics Competition vært kjent for å bruke enhetene til autonome rutiner.

Jordens topografi

ToF-kameraerhar blitt brukt til å skaffe digitale høydemodeller av jordens overflatetopografi, for studier i geomorfologi.

Anvendelsen av ToF-kameraer i geomorfologi