一、Ce este timpul camerelor de zbor?

Camerele cu timp de zbor (ToF) sunt un tip de tehnologie de detectare a adâncimii care măsoară distanța dintre cameră și obiectele din scenă utilizând timpul necesar luminii pentru a călători către obiecte și înapoi la cameră. Sunt utilizate în mod obișnuit în diverse aplicații, cum ar fi realitatea augmentată, robotica, scanarea 3D, recunoașterea gesturilor și multe altele.

Camere ToFfuncționează prin emiterea unui semnal luminos, de obicei lumină infraroșu, și măsurarea timpului necesar pentru ca semnalul să revină după ce a lovit obiectele din scenă. Această măsurare a timpului este apoi utilizată pentru a calcula distanța până la obiecte, creând o hartă de adâncime sau o reprezentare 3D a scenei.

Timpul camerelor de zbor

În comparație cu alte tehnologii de detectare a adâncimii, cum ar fi lumina structurată sau viziunea stereo, camerele ToF oferă mai multe avantaje. Ele oferă informații despre profunzime în timp real, au un design relativ simplu și pot funcționa în diferite condiții de iluminare. Camerele ToF sunt, de asemenea, compacte și pot fi integrate în dispozitive mai mici, cum ar fi smartphone-uri, tablete și dispozitive portabile.

Aplicațiile camerelor ToF sunt diverse. În realitate augmentată, camerele ToF pot detecta cu precizie adâncimea obiectelor și pot îmbunătăți realismul obiectelor virtuale plasate în lumea reală. În robotică, acestea permit roboților să-și perceapă împrejurimile și să navigheze mai eficient obstacolele. În scanarea 3D, camerele ToF pot captura rapid geometria obiectelor sau a mediilor în diverse scopuri, cum ar fi realitate virtuală, jocuri sau imprimare 3D. Ele sunt, de asemenea, utilizate în aplicații biometrice, cum ar fi recunoașterea facială sau recunoașterea gesturilor mâinii.

二、Componentele timpului camerelor de zbor

Camere cu timp de zbor (ToF).constau din mai multe componente cheie care lucrează împreună pentru a permite detectarea adâncimii și măsurarea distanței. Componentele specifice pot varia în funcție de design și producător, dar iată elementele fundamentale care se găsesc de obicei în sistemele de camere ToF:

Sursa de lumina:

Camerele ToF folosesc o sursă de lumină pentru a emite un semnal luminos, de obicei sub formă de lumină infraroșie (IR). Sursa de lumină poate fi un LED (Light-Emitting Diode) sau o diodă laser, în funcție de designul camerei. Lumina emisă se deplasează către obiectele din scenă.

Optica:

O lentilă adună lumina reflectată și imaginează mediul pe senzorul de imagine (matrice de plan focal). Un filtru optic trece-bandă trece doar lumina cu aceeași lungime de undă ca și unitatea de iluminare. Acest lucru ajută la suprimarea luminii nepertinente și la reducerea zgomotului.

Senzor de imagine:

Aceasta este inima camerei TOF. Fiecare pixel măsoară timpul necesar luminii pentru a călători de la unitatea de iluminare (laser sau LED) la obiect și înapoi la matricea planului focal.

Circuitul de sincronizare:

Pentru a măsura cu precizie timpul de zbor, camera are nevoie de circuite de sincronizare precise. Acest circuit controlează emisia semnalului luminos și detectează timpul necesar pentru ca lumina să ajungă la obiecte și să se întoarcă la cameră. Sincronizează procesele de emisie și detecție pentru a asigura măsurători precise ale distanței.

Modulare:

UneleCamere ToFîncorporează tehnici de modulare pentru a îmbunătăți acuratețea și robustețea măsurătorilor distanței. Aceste camere modulează semnalul luminos emis cu un model sau o frecvență specifică. Modulația ajută la distingerea luminii emise de alte surse de lumină ambientală și îmbunătățește capacitatea camerei de a diferenția între diferitele obiecte din scenă.

Algoritmul de calcul al adâncimii:

Pentru a converti măsurătorile timpului de zbor în informații de profunzime, camerele ToF utilizează algoritmi sofisticați. Acești algoritmi analizează datele de sincronizare primite de la fotodetector și calculează distanța dintre cameră și obiectele din scenă. Algoritmii de calcul a adâncimii implică adesea compensarea unor factori precum viteza de propagare a luminii, timpul de răspuns al senzorului și interferența luminii ambientale.

Ieșire date de adâncime:

Odată ce calculul adâncimii este efectuat, camera ToF oferă date despre adâncime. Această ieșire poate lua forma unei hărți de adâncime, a unui nor de puncte sau a unei reprezentări 3D a scenei. Datele de adâncime pot fi utilizate de aplicații și sisteme pentru a activa diverse funcționalități, cum ar fi urmărirea obiectelor, realitatea augmentată sau navigarea robotică.

Este important de reținut că implementarea și componentele specifice ale camerelor ToF pot varia de la diferiți producători și modele. Progresele tehnologice pot introduce caracteristici și îmbunătățiri suplimentare pentru a îmbunătăți performanța și capacitățile sistemelor de camere ToF.

三、Aplicații

Aplicații auto

Camere de timp de zborsunt utilizate în funcțiile de asistență și siguranță pentru aplicații auto avansate, cum ar fi siguranța activă a pietonilor, detectarea înainte de accident și aplicații de interior, cum ar fi detectarea în afara poziției (OOP).

Aplicarea camerelor ToF

Interfețe om-mașină și jocuri

As camere de timp de zboroferiți imagini la distanță în timp real, este ușor să urmăriți mișcările oamenilor. Acest lucru permite interacțiuni noi cu dispozitivele de consum, cum ar fi televizoare. Un alt subiect este utilizarea acestui tip de camere pentru a interacționa cu jocurile de pe consolele de jocuri video. Senzorul Kinect de a doua generație inclus inițial cu consola Xbox One a folosit o cameră cu timp de zbor pentru imaginea sa, permițând interfețe naturale de utilizator și jocuri. aplicații care utilizează tehnici de viziune computerizată și de recunoaștere a gesturilor.

Creative și Intel oferă, de asemenea, un tip similar de cameră interactivă cu gesturi în timp de zbor pentru jocuri, Senz3D bazată pe camera DepthSense 325 de la Softkinetic. Tehnologiile Infineon și PMD permit camere mici integrate 3D de profunzime pentru controlul gesturilor la distanță apropiată a dispozitivelor de consum, cum ar fi computerele și laptopurile all-in-one (camere Picco flexx și Picco monstar).

Aplicarea camerelor ToF în jocuri

Camere pentru smartphone-uri

Mai multe smartphone-uri includ camere pentru timpul zborului. Acestea sunt utilizate în principal pentru a îmbunătăți calitatea fotografiilor, oferind software-ului camerei informații despre prim-plan și fundal. Primul telefon mobil care a folosit o astfel de tehnologie a fost LG G3, lansat la începutul anului 2014.

Aplicarea camerelor ToF în telefoanele mobile

Măsurare și viziune mecanică

Alte aplicații sunt sarcini de măsurare, de exemplu pentru înălțimea de umplere în silozuri. În viziunea industrială, camera cu timp de zbor ajută la clasificarea și localizarea obiectelor pentru a fi utilizate de roboți, cum ar fi articolele care trec pe un transportor. Comenzile ușii pot distinge cu ușurință între animale și oameni care ajung la ușă.

Robotică

O altă utilizare a acestor camere este domeniul roboticii: roboții mobili pot construi o hartă a împrejurimilor foarte rapid, permițându-le să evite obstacolele sau să urmeze o persoană de conducere. Deoarece calculul distanței este simplu, se folosește doar o putere de calcul redusă. Deoarece aceste camere pot fi folosite și pentru a măsura distanța, se știe că echipele pentru FIRST Robotics Competition folosesc dispozitivele pentru rutine autonome.

Topografia pământului

Camere ToFau fost folosite pentru a obține modele digitale de elevație ale topografiei suprafeței Pământului, pentru studii de geomorfologie.

Aplicarea camerelor ToF în geomorfologie