一、Kaj so kamere za čas letenja?

Kamere s časovnim preletom (ToF) so vrsta tehnologije zaznavanja globine, ki meri razdaljo med kamero in predmeti v prizoru s pomočjo časa, ki je potreben, da svetloba potuje do predmetov in nazaj do kamere. Običajno se uporabljajo v različnih aplikacijah, kot so obogatena resničnost, robotika, 3D skeniranje, prepoznavanje kretenj itd.

ToF kameredelo z oddajanjem svetlobnega signala, običajno infrardeče svetlobe, in merjenjem časa, ki je potreben, da se signal odbije nazaj po udarcu v predmete v prizorišču. Ta meritev časa se nato uporabi za izračun razdalje do predmetov, kar ustvari zemljevid globine ali 3D predstavitev scene.

Kamere za čas letenja

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

Uporabe ToF kamer so raznolike. V razširjeni resničnosti lahko kamere ToF natančno zaznajo globino predmetov in izboljšajo realističnost virtualnih predmetov, umeščenih v resnični svet. V robotiki omogočajo robotom zaznavanje okolice in učinkovitejše krmarjenje čez ovire. Pri 3D skeniranju lahko kamere ToF hitro zajamejo geometrijo predmetov ali okolij za različne namene, kot so navidezna resničnost, igranje iger ali 3D tiskanje. Uporabljajo se tudi v biometričnih aplikacijah, kot je prepoznavanje obraza ali prepoznavanje rok.

二、Komponente kamer za čas letenja

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

Vir svetlobe:

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

Optika:

Leča zbere odbito svetlobo in posname okolje na slikovni senzor (žariščnoravninski niz). Optični pasovni filter prepušča samo svetlobo z enako valovno dolžino kot osvetljevalna enota. To pomaga zatreti neustrezno svetlobo in zmanjšati hrup.

Senzor slike:

To je srce kamere TOF. Vsaka slikovna pika meri čas, ki je potreben, da svetloba potuje od osvetljevalne enote (laserja ali LED) do predmeta in nazaj do žariščnoravninskega niza.

Časovno vezje:

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

Modulacija:

nekajToF kamerevključiti tehnike modulacije za izboljšanje natančnosti in robustnosti meritev razdalje. Te kamere modulirajo oddani svetlobni signal z določenim vzorcem ali frekvenco. Modulacija pomaga razlikovati oddano svetlobo od drugih svetlobnih virov okolice in izboljša sposobnost kamere, da razlikuje med različnimi predmeti v prizoru.

Algoritem za izračun globine:

Za pretvorbo meritev časa leta v informacije o globini kamere ToF uporabljajo prefinjene algoritme. Ti algoritmi analizirajo časovne podatke, prejete iz 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 opravljen, kamera ToF zagotovi podatke o globini. Ta rezultat je lahko v obliki zemljevida globine, oblaka točk ali 3D-predstavitve scene. Podatke o globini lahko uporabljajo aplikacije in sistemi za omogočanje različnih funkcij, kot je sledenje objektom, razširjena resničnost ali robotska navigacija.

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

三、Aplikacije

Avtomobilske aplikacije

Kamere za merjenje časa letase uporabljajo v asistenčnih in varnostnih funkcijah za napredne avtomobilske aplikacije, kot je 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 letazagotavljajo slike razdalje v realnem času, je enostavno slediti gibanju ljudi. To omogoča nove interakcije s potrošniškimi napravami, kot so televizorji. Druga tema je uporaba te vrste kamer za interakcijo z igrami na konzolah za videoigre. Senzor Kinect druge generacije, ki je bil prvotno vključen v konzolo Xbox One, je za slikanje dosega uporabljal kamero za merjenje časa leta, kar je omogočilo naravne uporabniške vmesnike in igranje aplikacije, ki uporabljajo tehnike računalniškega vida in prepoznavanja kretenj.

Creative in Intel prav tako nudita podobno vrsto interaktivne kamere za merjenje časa leta za igre, Senz3D, ki temelji na kameri DepthSense 325 podjetja Softkinetic. Infineon in PMD Technologies omogočata drobne integrirane globinske kamere 3D za upravljanje potrošniških naprav z gibi od blizu, kot so osebni in prenosni računalniki vse v enem (kamere Picco flexx in Picco monstar).

Uporaba ToF kamer v igrah

Kamere pametnega telefona

Več pametnih telefonov vključuje kamere za merjenje časa leta. Uporabljajo se predvsem za izboljšanje kakovosti fotografij, tako da programski opremi fotoaparata posredujejo informacije o ospredju in ozadju. Prvi mobilni telefon, ki uporablja 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. Pri industrijskem strojnem vidu kamera za merjenje časa leta pomaga razvrstiti in locirati predmete, ki jih uporabljajo roboti, kot so predmeti, ki gredo mimo po tekočem traku. Krmiljenje vrat zlahka razlikuje med živalmi in ljudmi, ki dosežejo vrata.

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 računske moči. Ker se te kamere lahko uporabljajo tudi za merjenje razdalje, je znano, da ekipe za FIRST Robotics Competition uporabljajo naprave za avtonomne rutine.

Zemljina topografija

ToF kamereso bili uporabljeni za pridobitev digitalnih modelov višin topografije zemeljskega površja za študije v geomorfologiji.

Uporaba ToF kamer v geomorfologiji