一、Co to jest czas kamer lotu?

Kamery z czujnikiem czasu przelotu (ToF) to rodzaj technologii wykrywania głębi, która mierzy odległość między kamerą a obiektami w scenie na podstawie czasu potrzebnego światłu na podróż do obiektów i z powrotem do kamery. Są powszechnie stosowane w różnych zastosowaniach, takich jak rzeczywistość rozszerzona, robotyka, skanowanie 3D, rozpoznawanie gestów i nie tylko.

Kamery ToFdziałają poprzez emisję sygnału świetlnego, zazwyczaj światła podczerwonego, i mierzenie czasu potrzebnego do odbicia sygnału po uderzeniu w obiekty w scenie. Pomiar czasu jest następnie wykorzystywany do obliczenia odległości do obiektów, tworząc mapę głębi lub trójwymiarową reprezentację sceny.

Czas kamer lotniczych

W porównaniu z innymi technologiami wykrywania głębi, takimi jak światło strukturalne lub wizja stereo, kamery ToF oferują kilka zalet. Dostarczają informacji o głębokości w czasie rzeczywistym, mają stosunkowo prostą konstrukcję i mogą pracować w różnych warunkach oświetleniowych. Kamery ToF są również kompaktowe i można je zintegrować z mniejszymi urządzeniami, takimi jak smartfony, tablety i urządzenia do noszenia.

Zastosowania kamer ToF są różnorodne. W rzeczywistości rozszerzonej kamery ToF potrafią dokładnie wykryć głębię obiektów i poprawić realizm obiektów wirtualnych umieszczonych w świecie rzeczywistym. W robotyce umożliwiają robotom postrzeganie otoczenia i skuteczniejsze pokonywanie przeszkód. Podczas skanowania 3D kamery ToF mogą szybko uchwycić geometrię obiektów lub środowisk do różnych celów, takich jak rzeczywistość wirtualna, gry lub drukowanie 3D. Wykorzystuje się je także w zastosowaniach biometrycznych, takich jak rozpoznawanie twarzy czy rozpoznawanie gestów dłoni.

二,Elementy kamer czasu lotu

Kamery czasu przelotu (ToF).składa się z kilku kluczowych elementów, które współpracują ze sobą, aby umożliwić wykrywanie głębokości i pomiar odległości. Konkretne komponenty mogą się różnić w zależności od projektu i producenta, ale oto podstawowe elementy zwykle spotykane w systemach kamer ToF:

Źródło światła:

Kamery ToF wykorzystują źródło światła do emitowania sygnału świetlnego, zwykle w postaci światła podczerwonego (IR). Źródłem światła może być dioda LED (dioda elektroluminescencyjna) lub dioda laserowa, w zależności od konstrukcji aparatu. Emitowane światło wędruje w stronę obiektów w scenie.

Optyka:

Soczewka zbiera odbite światło i obrazuje otoczenie na czujniku obrazu (matrycy płaszczyzny ogniskowej). Optyczny filtr pasmowo-przepustowy przepuszcza tylko światło o tej samej długości fali, co jednostka oświetleniowa. Pomaga to stłumić niepotrzebne światło i zmniejszyć hałas.

Przetwornik obrazu:

To jest serce kamery TOF. Każdy piksel mierzy czas, jaki światło potrzebuje na podróż od jednostki oświetlającej (lasera lub diody LED) do obiektu i z powrotem do układu płaszczyzny ogniskowej.

Obwód rozrządu:

Aby dokładnie zmierzyć czas przelotu, kamera potrzebuje precyzyjnych obwodów taktujących. Obwód ten kontroluje emisję sygnału świetlnego i wykrywa czas potrzebny światłu na dotarcie do obiektów i powrót do kamery. Synchronizuje procesy emisji i detekcji, aby zapewnić dokładne pomiary odległości.

Modulacja:

NiektóreKamery ToFuwzględniają techniki modulacji w celu poprawy dokładności i solidności pomiarów odległości. Kamery te modulują emitowany sygnał świetlny o określonym wzorze lub częstotliwości. Modulacja pomaga odróżnić emitowane światło od innych źródeł światła otoczenia i zwiększa zdolność aparatu do rozróżniania różnych obiektów w scenie.

Algorytm obliczania głębokości:

Aby przekształcić pomiary czasu przelotu w informacje o głębokości, kamery ToF wykorzystują zaawansowane algorytmy. Algorytmy te analizują dane czasowe otrzymane z fotodetektora i obliczają odległość pomiędzy kamerą a obiektami w scenie. Algorytmy obliczania głębokości często obejmują kompensację takich czynników, jak prędkość propagacji światła, czas reakcji czujnika i zakłócenia światła otoczenia.

Dane wyjściowe dotyczące głębokości:

Po przeprowadzeniu obliczeń głębokości kamera ToF udostępnia dane wyjściowe dotyczące głębokości. Dane wyjściowe mogą mieć postać mapy głębi, chmury punktów lub reprezentacji 3D sceny. Dane dotyczące głębokości mogą być wykorzystywane przez aplikacje i systemy do udostępniania różnych funkcji, takich jak śledzenie obiektów, rzeczywistość rozszerzona lub nawigacja robotyczna.

Należy pamiętać, że konkretna implementacja i komponenty kamer ToF mogą się różnić w zależności od producentów i modeli. Postęp technologiczny może wprowadzić dodatkowe funkcje i ulepszenia w celu poprawy wydajności i możliwości systemów kamer ToF.

三, Aplikacje

Zastosowania motoryzacyjne

Kamery czasu przelotusą wykorzystywane w funkcjach wspomagania i bezpieczeństwa w zaawansowanych zastosowaniach motoryzacyjnych, takich jak aktywne bezpieczeństwo pieszych, wykrywanie przed zderzeniem i zastosowania wewnętrzne, takie jak wykrywanie przekroczenia pozycji (OOP).

Zastosowanie kamer ToF

Interfejsy człowiek-maszyna i gry

As kamery czasu przelotudostarczają obrazy odległości w czasie rzeczywistym, łatwo jest śledzić ruchy ludzi. Umożliwia to nowe interakcje z urządzeniami konsumenckimi, takimi jak telewizory. Innym tematem jest wykorzystanie tego typu kamer do interakcji z grami na konsolach do gier wideo. Sensor Kinect drugiej generacji, pierwotnie dołączony do konsoli Xbox One, wykorzystywał kamerę typu „time-of-flight” do obrazowania swojego zasięgu, umożliwiając naturalne interfejsy użytkownika i gry aplikacje wykorzystujące techniki widzenia komputerowego i rozpoznawania gestów.

Firmy Creative i Intel oferują również podobny typ interaktywnej kamery do obsługi gestów do gier, Senz3D opartą na kamerze DepthSense 325 firmy Softkinetic. Technologie Infineon i PMD umożliwiają niewielkie zintegrowane kamery głębinowe 3D do sterowania gestami z bliskiej odległości urządzeniami konsumenckimi, takimi jak komputery stacjonarne i laptopy typu „wszystko w jednym” (kamery Picco flexx i Picco monstar).

Zastosowanie kamer ToF w grach

Aparaty w smartfonach

Niektóre smartfony są wyposażone w kamery rejestrujące czas przelotu. Służą one głównie poprawie jakości zdjęć poprzez dostarczenie oprogramowaniu aparatu informacji o pierwszym planie i tle. Pierwszym telefonem komórkowym, w którym zastosowano taką technologię, był LG G3, wprowadzony na rynek na początku 2014 roku.

Zastosowanie kamer ToF w telefonach komórkowych

Pomiary i wizja maszynowa

Inne zastosowania to zadania pomiarowe, np. wysokość napełnienia silosów. W przemysłowym widzeniu maszynowym kamera czasu przelotu pomaga klasyfikować i lokalizować obiekty do wykorzystania przez roboty, takie jak przedmioty przemieszczające się na przenośniku. Sterowanie drzwiami pozwala łatwo odróżnić zwierzęta od ludzi docierających do drzwi.

Robotyka

Innym zastosowaniem tych kamer jest dziedzina robotyki: roboty mobilne mogą bardzo szybko tworzyć mapę swojego otoczenia, umożliwiając im omijanie przeszkód lub podążanie za prowadzącą osobą. Ponieważ obliczenie odległości jest proste, wykorzystywana jest tylko niewielka moc obliczeniowa. Ponieważ kamer tych można również używać do pomiaru odległości, zespoły biorące udział w FIRST Robotics Competition wykorzystują te urządzenia do wykonywania autonomicznych zadań.

Topografia Ziemi

Kamery ToFzostały wykorzystane do uzyskania cyfrowych modeli wysokościowych topografii powierzchni Ziemi do badań z zakresu geomorfologii.

Zastosowanie kamer ToF w geomorfologii