Kaj so kamere za merjenje časa leta?

Kamere s časom preleta (ToF) so vrsta tehnologije zaznavanja globine, ki meri razdaljo med kamero in predmeti v prizoru z uporabo časa, ki ga svetloba potrebuje za potovanje do predmetov in nazaj do kamere. Pogosto se uporabljajo v različnih aplikacijah, kot so obogatena resničnost, robotika, 3D-skeniranje, prepoznavanje gest in drugo.

ToF kamereDelujejo tako, da oddajajo svetlobni signal, običajno infrardečo svetlobo, in merijo čas, ki ga signal potrebuje, da se odbije nazaj po tem, ko zadene predmete v prizoru. Ta meritev časa se nato uporabi za izračun razdalje do predmetov, s čimer se ustvari zemljevid globine ali 3D-predstavitev prizora.

Kamere za čas letenja

V primerjavi z drugimi tehnologijami zaznavanja globine, kot sta strukturirana svetloba ali stereo vid, ponujajo ToF kamere več prednosti. Zagotavljajo informacije o globini v realnem času, imajo relativno preprosto zasnovo in lahko delujejo v različnih svetlobnih pogojih. ToF kamere so tudi kompaktne in jih je mogoče integrirati v manjše naprave, kot so pametni telefoni, tablice in nosljive naprave.

Uporaba ToF kamer je raznolika. V obogateni resničnosti lahko ToF kamere natančno zaznajo globino predmetov in izboljšajo realizem virtualnih predmetov, postavljenih v resničnem svetu. V robotiki omogočajo robotom, da zaznavajo svojo okolico in učinkoviteje premagujejo ovire. Pri 3D-skeniranju lahko ToF kamere hitro zajamejo geometrijo predmetov ali okolij za različne namene, kot so virtualna resničnost, igre ali 3D-tiskanje. Uporabljajo se tudi v biometričnih aplikacijah, kot sta prepoznavanje obrazov ali prepoznavanje gest rok.

二、Komponente kamer za čas leta

Kamere za merjenje časa preleta (ToF)Sestavljeni so iz več ključnih komponent, ki delujejo skupaj, da omogočajo zaznavanje globine in merjenje razdalje. Specifične komponente se lahko razlikujejo glede na zasnovo in proizvajalca, vendar so tukaj osnovni elementi, ki jih običajno najdemo v sistemih kamer ToF:

Vir svetlobe:

ToF kamere uporabljajo vir svetlobe za oddajanje svetlobnega signala, običajno v obliki infrardeče (IR) svetlobe. Vir svetlobe je lahko LED (svetleča dioda) ali laserska dioda, odvisno od zasnove kamere. Oddana svetloba potuje proti predmetom v prizoru.

Optika:

Leča zbira odbito svetlobo in sliko okolja prenese na slikovni senzor (goriščnoravninski niz). Optični pasovno prepustni filter prepušča le svetlobo z enako valovno dolžino kot osvetljevalna enota. To pomaga zmanjšati nepotrebno svetlobo in šum.

Slikovni senzor:

To je srce TOF kamere. Vsaka slikovna pika meri čas, ki ga svetloba potrebuje za potovanje od osvetljevalne enote (laserja ali LED) do predmeta in nazaj do goriščne ravnine.

Časovno vezje:

Za natančno merjenje časa preleta svetlobe kamera potrebuje natančno časovno vezje. To vezje nadzoruje oddajanje svetlobnega signala in zaznava čas, ki ga svetloba potrebuje, da potuje do predmetov in se vrne v kamero. Sinhronizira procese oddajanja in zaznavanja, da zagotovi natančne meritve razdalje.

Modulacija:

NekateriToF kamerevključujejo tehnike modulacije za izboljšanje natančnosti in robustnosti meritev razdalje. Te kamere modulirajo oddani svetlobni signal s posebnim vzorcem ali frekvenco. Modulacija pomaga razlikovati oddano svetlobo od drugih virov svetlobe v okolju in izboljša sposobnost kamere, da razlikuje med različnimi predmeti v prizoru.

Algoritem za izračun globine:

Za pretvorbo meritev časa preleta svetlobe v informacije o globini kamere ToF uporabljajo sofisticirane algoritme. Ti algoritmi analizirajo podatke o času, prejete od fotodetektorja, in izračunajo razdaljo med kamero in predmeti v prizoru. Algoritmi za izračun globine pogosto vključujejo kompenzacijo dejavnikov, kot so hitrost širjenja svetlobe, odzivni čas senzorja in motnje svetlobe okolice.

Izhod podatkov o globini:

Ko je izračun globine izveden, kamera ToF zagotovi izhodne podatke o globini. Ti izhodni podatki so lahko v obliki zemljevida globine, oblaka točk ali 3D-predstavitve prizora. Podatke o globini lahko aplikacije in sistemi uporabljajo za omogočanje različnih funkcionalnosti, kot so sledenje objektom, obogatena resničnost ali robotska navigacija.

Pomembno je omeniti, da se specifična izvedba in komponente ToF kamer lahko razlikujejo glede na proizvajalca in model. Napredek v tehnologiji lahko uvede dodatne funkcije in izboljšave za izboljšanje delovanja in zmogljivosti sistemov ToF kamer.

三、Aplikacije

Avtomobilske aplikacije

Kamere za merjenje časa preletase uporabljajo v asistenčnih in varnostnih funkcijah za napredne avtomobilske aplikacije, kot so aktivna varnost pešcev, zaznavanje pred trkom in aplikacije v zaprtih prostorih, kot je zaznavanje izven položaja (OOP).

Uporaba ToF kamer

Vmesniki človek-stroj in igre

As kamere za merjenje časa preletaZagotavljajo slike razdalje v realnem času, kar omogoča enostavno sledenje gibanju ljudi. To omogoča nove interakcije s potrošniškimi napravami, kot so televizorji. Druga tema je uporaba te vrste kamer za interakcijo z igrami na igralnih konzolah. Senzor Kinect druge generacije, ki je bil prvotno vključen v konzolo Xbox One, je za slikanje razdalje uporabljal kamero s časom preleta, kar je omogočalo naravne uporabniške vmesnike in igralne aplikacije z uporabo tehnik računalniškega vida in prepoznavanja gest.

Creative in Intel prav tako ponujata podobno vrsto interaktivne kamere za zaznavanje časa preleta gest za igranje iger, Senz3D, ki temelji na kameri DepthSense 325 podjetja Softkinetic. Infineon in PMD Technologies omogočata drobne integrirane 3D-globinske kamere za upravljanje potrošniških naprav, kot so večnamenski računalniki in prenosniki, z gestami od blizu (kameri Picco flexx in Picco monstar).

Uporaba ToF kamer v igrah

Kamere pametnih telefonov

Več pametnih telefonov ima kamere s merjenjem časa preleta. Te se uporabljajo predvsem za izboljšanje kakovosti fotografij, saj programski opremi kamere zagotavljajo informacije o ospredju in ozadju. Prvi mobilni telefon, ki je uporabil takšno tehnologijo, je bil LG G3, izdan v začetku leta 2014.

Uporaba ToF kamer v mobilnih telefonih

Merjenje in strojni vid

Druge aplikacije so merilne naloge, npr. za višino polnjenja v silosih. V industrijskem strojnem vidu kamera s časom preleta pomaga pri razvrščanju in lociranju predmetov za uporabo robotov, kot so predmeti, ki gredo mimo po tekočem traku. Krmilniki vrat lahko enostavno ločijo med živalmi in ljudmi, ki prihajajo do vrat.

Robotika

Druga uporaba teh kamer je področje robotike: mobilni roboti lahko zelo hitro sestavijo zemljevid svoje okolice, kar jim omogoča, da se izognejo oviram ali sledijo vodilni osebi. Ker je izračun razdalje preprost, se porabi le malo računalniške moči. Ker se te kamere lahko uporabljajo tudi za merjenje razdalje, je znano, da ekipe za tekmovanje FIRST Robotics uporabljajo naprave za avtonomne rutine.

Topografija Zemlje

ToF kamereso bili uporabljeni za pridobitev digitalnih modelov višin topografije zemeljske površine za študije geomorfologije.

Uporaba ToF kamer v geomorfologiji