Hva er flytidskameraer?

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

ToF-kameraerfungerer 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, og dermed lage et dybdekart eller en 3D-representasjon av scenen.

Tidspunktet for flykameraer

Sammenlignet med andre dybdesensorteknologier som strukturert lys eller stereosyn, tilbyr ToF-kameraer flere fordeler. De gir dybdeinformasjon i sanntid, 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 varierte. I utvidet virkelighet kan ToF-kameraer nøyaktig oppdage dybden på objekter og forbedre realismen til virtuelle objekter plassert i den virkelige verden. Innen robotikk lar de roboter oppfatte omgivelsene sine og navigere hindringer mer effektivt. I 3D-skanning kan ToF-kameraer raskt fange 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 i flytidskameraer

Time-of-flight (ToF) kameraerbestår av flere nøkkelkomponenter som fungerer sammen for å muliggjøre dybdemåling 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 til 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 omgivelsene på bildesensoren (fokalplanarray). Et optisk båndpassfilter slipper bare lys med samme bølgelengde som belysningsenheten. Dette bidrar til å undertrykke irrelevant lys og redusere støy.

Bildesensor:

Dette er hjertet i TOF-kameraet. Hver piksel måler tiden lyset har brukt på å reise fra belysningsenheten (laser eller LED) til objektet og tilbake til fokusplanarrayet.

Timingkretser:

For å måle flytiden nøyaktig trenger kameraet en presis tidskrets. Denne kretsen kontrollerer utsendelsen av lyssignalet og registrerer tiden det tar for lyset å reise til objektene og returnere til kameraet. Den synkroniserer utsendelses- og deteksjonsprosessene for å sikre nøyaktige avstandsmålinger.

Modulasjon:

NoenToF-kameraerinnlemmer moduleringsteknikker for å forbedre nøyaktigheten og robustheten til avstandsmålinger. Disse kameraene modulerer det utsendte lyssignalet med et bestemt mønster eller en bestemt frekvens. Moduleringen bidrar til å skille det utsendte lyset fra andre omgivende lyskilder og forbedrer kameraets evne til å skille mellom forskjellige objekter i scenen.

Dybdeberegningsalgoritme:

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

Dybdedatautgang:

Når dybdeberegningen er utført, gir ToF-kameraet dybdedata. Dette utdataet 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. Teknologiske fremskritt kan introdusere flere funksjoner og forbedringer for å forbedre ytelsen og egenskapene til ToF-kamerasystemer.

三、applikasjoner

Bilapplikasjoner

Time-of-flight-kameraerbrukes i assistanse- og sikkerhetsfunksjoner for avanserte bilapplikasjoner som aktiv fotgjengersikkerhet, kollisjonsførende deteksjon og innendørs applikasjoner som ute-av-posisjon (OOP) deteksjon.

Bruken av ToF-kameraer

Menneske-maskin-grensesnitt og spilling

As kameraer for flygetidVed å gi avstandsbilder i sanntid er det enkelt å spore menneskers bevegelser. Dette muliggjør nye interaksjoner med forbrukerenheter som TV-er. Et annet tema er å bruke denne typen kameraer til å samhandle med spill på spillkonsoller. Andre generasjons Kinect-sensor, som opprinnelig ble inkludert i Xbox One-konsollen, brukte et time-of-flight-kamera for avstandsavbildning, noe som muliggjorde naturlige brukergrensesnitt og spillapplikasjoner ved hjelp av datasyn og bevegelsesgjenkjenningsteknikker.

Creative og Intel tilbyr også en lignende type interaktivt bevegelseskamera for spilling, Senz3D, basert på DepthSense 325-kameraet fra Softkinetic. Infineon og PMD Technologies muliggjør bittesmå integrerte 3D-dybdekameraer for bevegelseskontroll på nært hold av forbrukerenheter som alt-i-ett-PC-er og bærbare datamaskiner (Picco flexx og Picco monstar-kameraer).

Bruken av ToF-kameraer i spill

Smarttelefonkameraer

Flere smarttelefoner har time-of-flight-kameraer. Disse brukes hovedsakelig til å forbedre kvaliteten på bilder ved å gi kameraprogramvaren informasjon om forgrunn og bakgrunn. Den første mobiltelefonen som benyttet seg av slik teknologi var LG G3, som ble lansert tidlig i 2014.

Bruken av ToF-kameraer i mobiltelefoner

Måling og maskinsyn

Andre bruksområder er måleoppgaver, f.eks. for fyllehøyde i siloer. I industriell maskinvisjon hjelper time-of-flight-kameraet med å klassifisere og lokalisere objekter for bruk av roboter, for eksempel gjenstander som passerer på et transportbånd. Dørkontroller kan enkelt skille mellom dyr og mennesker som når døren.

Robotikk

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

Jordtopografi

ToF-kameraerhar blitt brukt til å innhente digitale høydemodeller av jordoverflatens topografi, for studier innen geomorfologi.

Bruken av ToF-kameraer i geomorfologi