一、 Каково время полета?

Камеры времени полета (TOF)-это тип технологии чувствительности глубины, которая измеряет расстояние между камерой и объектами на сцене, используя время, которое требуется, чтобы свето был перемещаться в объекты и обратно в камеру. Они обычно используются в различных приложениях, таких как дополненная реальность, робототехника, 3D -сканирование, распознавание жестов и многое другое.

TOF камерыРаботайте, излучая световой сигнал, обычно инфракрасный свет и измерение времени, которое требуется, чтобы сигнал отскочил назад после удара объектов в сцене. Это время измерения затем используется для расчета расстояния до объектов, создания карты глубины или трехмерного представления сцены.

Время полета

По сравнению с другими технологиями чувствительности глубины, такими как структурированный свет или стереозвучение, камеры TOF предлагают несколько преимуществ. Они предоставляют информацию о глубине в реальном времени, имеют относительно простой дизайн и могут работать в различных условиях освещения. Камеры TOF также являются компактными и могут быть интегрированы в более мелкие устройства, такие как смартфоны, планшеты и носимые устройства.

Применение камер TOF разнообразны. В дополненной реальности камеры TOF могут точно обнаружить глубину объектов и улучшить реализм виртуальных объектов, размещенных в реальном мире. В робототехнике они позволяют роботам воспринимать свое окружение и более эффективно ориентироваться в препятствиях. При 3D -сканировании камеры TOF могут быстро захватить геометрию объектов или среда для различных целей, таких как виртуальная реальность, игровая или 3D -печать. Они также используются в биометрических применениях, таких как распознавание лиц или распознавание жестов рук.

二、Компоненты времени полетных камер

Время полета (TOF) камерысостоят из нескольких ключевых компонентов, которые работают вместе, чтобы обеспечить чувствительность глубины и измерение расстояния. Конкретные компоненты могут варьироваться в зависимости от дизайна и производителя, но вот фундаментальные элементы, обычно встречающиеся в системах камеры TOF:

Источник света:

Камеры TOF используют источник света для излучения светового сигнала, обычно в форме инфракрасного (IR) света. Источником света может быть светодиодный (светлый диод) или лазерный диод, в зависимости от дизайна камеры. Излучаемый свет движется к объектам в сцене.

Оптика:

Линза собирает отраженный свет и изображает окружающую среду на датчике изображения (массив фокальной плоскости). Фильтр оптического полосового прохода только проходит свет только с той же длиной волны, что и блок освещения. Это помогает подавлять непреодолимый свет и уменьшить шум.

Датчик изображения:

Это сердце камеры TOF. Каждый пиксель измеряет время, когда свет проходил для перемещения от блока освещения (лазер или светодиод) к объекту и обратно в массив фокальной плоскости.

Схема времени:

Чтобы точно измерить время полета, камере нуждается в точной схеме времени. Эта схема контролирует излучение сигнала света и обнаруживает время, необходимое для перемещения света, чтобы перейти к объектам и возвращается в камеру. Он синхронизирует процессы излучения и обнаружения, чтобы обеспечить точные измерения расстояния.

Модуляция:

НекоторыйTOF камерыВключите методы модуляции для повышения точности и надежности измерений расстояния. Эти камеры модулируют сигнал излучаемого света с определенной картиной или частотой. Модуляция помогает отличить испускаемый свет от других источников окружающего света и повышает способность камеры различать различные объекты в сцене.

Алгоритм расчета глубины:

Чтобы преобразовать измерения времени полета в подробную информацию, камеры TOF используют сложные алгоритмы. Эти алгоритмы анализируют данные о времени, полученные от фотоприемника, и рассчитывают расстояние между камерой и объектами на сцене. Алгоритмы расчета глубины часто включают компенсацию за такие факторы, как скорость распространения света, время отклика датчика и помехи окружающей среды.

Глубина данных вывода:

Как только расчет глубины выполнен, камера TOF обеспечивает глубину данных. Этот выход может принимать форму карты глубины, облака точек или 3D -представление сцены. Данные глубины могут использоваться приложениями и системами для обеспечения различных функций, таких как отслеживание объектов, дополненная реальность или роботизированная навигация.

Важно отметить, что конкретная реализация и компоненты камер TOF могут различаться в разных производителях и моделях. Достижения в области технологий могут представлять дополнительные функции и улучшения для повышения производительности и возможностей систем камер TOF.

三、 Приложения

Автомобильные приложения

Время полета камерыиспользуются в функциях помощи и безопасности для передовых автомобильных приложений, таких как активная безопасность пешеходов, обнаружение предварительного разрыва и внутреннее применение, такие как обнаружение вне положения (ООП).

Применение камер TOF

Интерфейсы человека и игры

As Время полета камерыОбеспечить изображения на расстоянии в режиме реального времени, легко отслеживать движения людей. Это позволяет новое взаимодействие с потребительскими устройствами, такими как телевизоры. Другая тема состоит в том, чтобы использовать этот тип камер для взаимодействия с играми на консолях видеоигр. Датчик Kinect второго поколения, изначально включенный в консоль Xbox One, использовала камеру во времени полета для своей диапазоны, обеспечивая естественные пользовательские интерфейсы и игры Приложения, использующие методы компьютерного зрения и распознавания жестов.

Creative и Intel также предоставляют аналогичный тип интерактивного жеста времени полета для игр, SENZ3D на основе камеры Dexessense 325 Softkinetic. Technologies Infineon и PMD обеспечивают крошечные интегрированные 3D-камеры глубины для контроля жеста на близком расстоянии для потребительских устройств, таких как все в одном ПК и ноутбуки (Picco Flexx и Picco Monstar Cameras).

Применение камер TOF в играх

Камеры смартфонов

Несколько смартфонов включают камеры времени полета. Они в основном используются для улучшения качества фотографий, предоставляя программное обеспечение для камеры информацию о переднем плане и фоне. Первым мобильным телефоном, который использовал такую ​​технологию, был LG G3, выпущенный в начале 2014 года.

Применение камер TOF на мобильных телефонах

Измерение и машинное зрение

Другими приложениями являются задачи измерения, например, для высоты заполнения в бункерах. В промышленном машинном виде камера времени полета помогает классифицировать и найти объекты для использования роботами, такими как предметы, проходящие мимо на конвейере. Управление двери может легко различать животных и людей, достигающих двери.

Робототехника

Другим использованием этих камер является область робототехники: мобильные роботы могут очень быстро создавать карту своего окружения, позволяя им избежать препятствий или следовать за ведущим человеком. Поскольку расчет расстояния прост, используется только небольшая вычислительная мощность. Поскольку эти камеры также могут быть использованы для измерения расстояния, было известно, что команды для конкурса первой робототехники используют устройства для автономных процедур.

Земля топография

TOF камерыбыли использованы для получения цифровых моделей высоты поверхностной топографии Земли для исследований по геоморфологии.

Применение камер TOF в геоморфологии