一、Aký je čas letu kamier?

Kamery s časom letu (ToF) sú typom technológie hĺbkového snímania, ktorá meria vzdialenosť medzi fotoaparátom a objektmi na scéne pomocou času, ktorý potrebuje svetlo prejsť k objektom a späť do fotoaparátu. Bežne sa používajú v rôznych aplikáciách, ako je rozšírená realita, robotika, 3D skenovanie, rozpoznávanie gest a ďalšie.

ToF kameryfungujú tak, že vyžarujú svetelný signál, zvyčajne infračervené svetlo, a merajú čas, ktorý trvá, kým sa signál odrazí po dopade na objekty v scéne. Toto meranie času sa potom používa na výpočet vzdialenosti k objektom, čím sa vytvorí hĺbková mapa alebo 3D znázornenie scény.

Čas letových kamier

V porovnaní s inými technológiami hĺbkového snímania, ako je štruktúrované svetlo alebo stereo videnie, kamery ToF ponúkajú niekoľko výhod. Poskytujú informácie o hĺbke v reálnom čase, majú relatívne jednoduchý dizajn a dokážu pracovať v rôznych svetelných podmienkach. Kamery ToF sú tiež kompaktné a dajú sa integrovať do menších zariadení, ako sú smartfóny, tablety a nositeľné zariadenia.

Aplikácie kamier ToF sú rôznorodé. V rozšírenej realite dokážu ToF kamery presne rozpoznať hĺbku objektov a zlepšiť realizmus virtuálnych objektov umiestnených v reálnom svete. V robotike umožňujú robotom efektívnejšie vnímať okolie a navigovať cez prekážky. Pri 3D skenovaní dokážu kamery ToF rýchlo zachytiť geometriu objektov alebo prostredí na rôzne účely, ako je virtuálna realita, hranie hier alebo 3D tlač. Používajú sa aj v biometrických aplikáciách, ako je rozpoznávanie tváre alebo rozpoznávanie gest rúk.

二,Komponenty letových kamier

Kamery s časom letu (ToF).pozostáva z niekoľkých kľúčových komponentov, ktoré spolupracujú a umožňujú snímanie hĺbky a meranie vzdialenosti. Konkrétne komponenty sa môžu líšiť v závislosti od dizajnu a výrobcu, ale tu sú základné prvky, ktoré sa bežne vyskytujú v kamerových systémoch ToF:

Svetelný zdroj:

Kamery ToF používajú svetelný zdroj na vyžarovanie svetelného signálu, zvyčajne vo forme infračerveného (IR) svetla. Svetelným zdrojom môže byť LED (Light-Emitting Diode) alebo laserová dióda, v závislosti od konštrukcie fotoaparátu. Vyžarované svetlo sa šíri smerom k objektom v scéne.

Optika:

Šošovka zhromažďuje odrazené svetlo a zobrazuje prostredie na obrazový snímač (pole ohniskovej roviny). Optický pásmový filter prepúšťa len svetlo s rovnakou vlnovou dĺžkou ako osvetľovacia jednotka. To pomáha potlačiť nevhodné svetlo a znížiť hluk.

Obrazový snímač:

Toto je srdce kamery TOF. Každý pixel meria čas, ktorý svetlo potrebuje na cestu z osvetľovacej jednotky (laser alebo LED) k objektu a späť do poľa ohniskovej roviny.

Časovací obvod:

Na presné meranie času letu potrebuje kamera presné obvody časovania. Tento obvod riadi vyžarovanie svetelného signálu a zisťuje čas, ktorý svetlo potrebuje na cestu k objektom a návrat do kamery. Synchronizuje procesy vyžarovania a detekcie, aby sa zabezpečilo presné meranie vzdialenosti.

Modulácia:

NiektoríToF kameryzahŕňajú modulačné techniky na zlepšenie presnosti a robustnosti meraní vzdialeností. Tieto kamery modulujú vyžarovaný svetelný signál so špecifickým vzorom alebo frekvenciou. Modulácia pomáha rozlíšiť vyžarované svetlo od iných zdrojov okolitého svetla a zlepšuje schopnosť fotoaparátu rozlišovať medzi rôznymi objektmi na scéne.

Algoritmus výpočtu hĺbky:

Na konverziu meraní času letu na informácie o hĺbke využívajú kamery ToF sofistikované algoritmy. Tieto algoritmy analyzujú údaje o časovaní prijaté z fotodetektora a vypočítavajú vzdialenosť medzi fotoaparátom a objektmi v scéne. Algoritmy výpočtu hĺbky často zahŕňajú kompenzáciu faktorov, ako je rýchlosť šírenia svetla, doba odozvy snímača a rušenie okolitého svetla.

Hĺbkový výstup údajov:

Po vykonaní výpočtu hĺbky kamera ToF poskytuje výstup údajov o hĺbke. Tento výstup môže mať formu hĺbkovej mapy, mračna bodov alebo 3D znázornenia scény. Údaje o hĺbke môžu používať aplikácie a systémy na umožnenie rôznych funkcií, ako je sledovanie objektov, rozšírená realita alebo robotická navigácia.

Je dôležité poznamenať, že špecifická implementácia a komponenty kamier ToF sa môžu líšiť v závislosti od rôznych výrobcov a modelov. Pokrok v technológii môže priniesť ďalšie funkcie a vylepšenia na zlepšenie výkonu a schopností kamerových systémov ToF.

三、Aplikácie

Automobilové aplikácie

Kamery s časom letusa používajú v asistenčných a bezpečnostných funkciách pre pokročilé automobilové aplikácie, ako je aktívna bezpečnosť chodcov, detekcia pred zrážkou a vnútorné aplikácie, ako je detekcia mimo polohy (OOP).

Aplikácia kamier ToF

Rozhrania človek-stroj a hranie hier

As kamery s časom letuposkytujú obrázky na diaľku v reálnom čase, je ľahké sledovať pohyby ľudí. To umožňuje nové interakcie so spotrebiteľskými zariadeniami, ako sú televízory. Ďalšou témou je použitie tohto typu kamier na interakciu s hrami na videoherných konzolách. Senzor Kinect druhej generácie pôvodne dodávaný s konzolou Xbox One využíval na snímanie dosahu kameru s časom letu, čo umožňuje prirodzené používateľské rozhrania a hranie hier. aplikácie využívajúce techniky počítačového videnia a rozpoznávania gest.

Creative a Intel tiež poskytujú podobný typ interaktívnej kamery s gestami pre hranie hier, Senz3D založenú na kamere DepthSense 325 od Softkinetic. Technológie Infineon a PMD umožňujú maličké integrované 3D hĺbkové kamery na ovládanie gestami z blízkeho dosahu spotrebiteľských zariadení, ako sú all-in-one PC a notebooky (kamery Picco flexx a Picco Monstar).

Aplikácia kamier ToF v hrách

Fotoaparáty smartfónov

Niekoľko smartfónov obsahuje kamery na meranie času. Používajú sa hlavne na zlepšenie kvality fotografií tým, že softvér fotoaparátu poskytuje informácie o popredí a pozadí. Prvým mobilným telefónom, ktorý využíval takúto technológiu, bol LG G3, uvedený na trh začiatkom roku 2014.

Aplikácia kamier ToF v mobilných telefónoch

Meranie a strojové videnie

Ďalšími aplikáciami sú úlohy merania, napr. výšky naplnenia v silách. V priemyselnom strojovom videní pomáha kamera s časom letu klasifikovať a lokalizovať objekty na použitie robotmi, ako sú napríklad predmety prechádzajúce na dopravníku. Ovládanie dverí dokáže ľahko rozlíšiť medzi zvieratami a ľuďmi, ktorí sa dostanú k dverám.

Robotika

Ďalším využitím týchto kamier je oblasť robotiky: Mobilné roboty dokážu veľmi rýchlo zostaviť mapu svojho okolia, čo im umožní vyhýbať sa prekážkam alebo sledovať vedúcu osobu. Keďže výpočet vzdialenosti je jednoduchý, používa sa len malý výpočtový výkon. Keďže tieto kamery možno použiť aj na meranie vzdialenosti, tímy FIRST Robotics Competition sú známe tým, že tieto zariadenia používajú na autonómne postupy.

Zemská topografia

ToF kamerysa použili na získanie digitálnych výškových modelov topografie zemského povrchu pre štúdie v geomorfológii.

Aplikácia kamier ToF v geomorfológii