În ce constă o cameră de măsurare a timpului 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 ajunge la obiecte și înapoi la cameră. Acestea 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 infraroșie, și măsurarea timpului necesar pentru ca semnalul să se întoarcă înapoi după ce lovește obiectele din scenă. Această măsurare a timpului este apoi utilizată pentru a calcula distanța până la obiecte, creând o hartă a adâncimii sau o reprezentare 3D a scenei.

Camerele de filmat în timpul zborului

Comparativ cu alte tehnologii de detectare a adâncimii, cum ar fi lumina structurată sau viziunea stereo, camerele ToF oferă mai multe avantaje. Acestea oferă informații despre adâncime în timp real, au un design relativ simplu și pot funcționa în diverse 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 realitatea 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 perceapă împrejurimile și să navigheze obstacolele mai eficient. În scanarea 3D, camerele ToF pot captura rapid geometria obiectelor sau a mediilor în diverse scopuri, cum ar fi realitatea virtuală, jocurile sau imprimarea 3D. De asemenea, sunt utilizate în aplicații biometrice, cum ar fi recunoașterea facială sau recunoașterea gesturilor mâinii.

二、Componentele camerelor cu timp 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:

Sursă de lumină:

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 (diodă emițătoare de lumină) sau o diodă laser, în funcție de designul camerei. Lumina emisă se deplasează spre obiectele din scenă.

Optică:

O lentilă colectează lumina reflectată și transmite imaginea mediului înconjurător pe senzorul de imagine (matricea planului focal). Un filtru optic trece-bandă lasă să treacă 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.

Circuit de temporizare:

Pentru a măsura cu precizie timpul de zbor, camera are nevoie de circuite de sincronizare precise. Aceste circuite controlează emisia semnalului luminos și detectează timpul necesar luminii pentru a ajunge la obiecte și a se întoarce la cameră. Sincronizează procesele de emisie și detecție pentru a asigura măsurători precise ale distanței.

Modulare:

UneleCamere ToFîncorporează tehnici de modulație pentru a îmbunătăți precizia și robustețea măsurătorilor de distanță. 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 diferite obiecte din scenă.

Algoritmul de calcul al adâncimii:

Pentru a converti măsurătorile timpului de zbor în informații despre adâncime, 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 al 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 furnizează date de adâncime. Aceste date pot 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 menționat că implementarea specifică și componentele camerelor ToF pot varia în funcție de producători și modele. Progresele tehnologice pot introduce funcții și îmbunătățiri suplimentare pentru a îmbunătăți performanța și capacitățile sistemelor de camere ToF.

三、Aplicații

Aplicații auto

Camere cu timp de zborsunt utilizate în funcții de asistență și siguranță pentru aplicații auto avansate, cum ar fi siguranța activă a pietonilor, detectarea pre-coliziune și aplicații în interior, cum ar fi detectarea dezechilibrului (OOP).

Aplicarea camerelor ToF

Interfețele om-mașină și jocurile

As camere cu timp de zboroferind imagini la distanță în timp real, este ușor să urmărești mișcările oamenilor. Acest lucru permite noi interacțiuni cu dispozitivele de larg consum, cum ar fi televizoarele. 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 în consola Xbox One folosea o cameră cu timp de zbor pentru imagistica sa la distanță, permițând interfețe naturale cu utilizatorul și aplicații de jocuri folosind tehnici de viziune computerizată și 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. Infineon și PMD Technologies permit utilizarea unor camere 3D integrate de adâncime pentru controlul gesturilor de la mică distanță pe dispozitive de larg consum, cum ar fi PC-urile și laptopurile all-in-one (camerele Picco flexx și Picco monstar).

Aplicarea camerelor ToF în jocuri

Camerele smartphone-urilor

Mai multe smartphone-uri includ camere cu funcție de time-of-flight. Acestea sunt folosite 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 artificială

Alte aplicații sunt sarcinile de măsurare, de exemplu, pentru înălțimea de umplere în silozuri. În viziunea artificială industrială, camera cu timp de zbor ajută la clasificarea și localizarea obiectelor pentru utilizare de către roboți, cum ar fi articolele care trec pe o bandă transportoare. Comenzile ușilor 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 foarte rapid o hartă a împrejurimilor lor, permițându-le să evite obstacolele sau să urmeze o persoană din față. Deoarece calculul distanței este simplu, se utilizează doar o putere de calcul redusă. Întrucât aceste camere pot fi folosite și pentru măsurarea distanței, echipele din cadrul competiției FIRST Robotics sunt cunoscute pentru utilizarea dispozitivelor pentru rutine autonome.

Topografia Pământului

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

Aplicarea camerelor ToF în geomorfologie