Шта су камере за мерење времена лета?

Камере за мерење времена лета (ToF) су врста технологије за мерење дубине која мери растојање између камере и објеката у сцени користећи време потребно да светлост стигне до објеката и врати се до камере. Обично се користе у разним апликацијама као што су проширена стварност, роботика, 3Д скенирање, препознавање гестова и још много тога.

ToF камерефункционишу тако што емитују светлосни сигнал, обично инфрацрвено светло, и мере време потребно да се сигнал одбије након што погоди објекте у сцени. Ово мерење времена се затим користи за израчунавање удаљености до објеката, креирајући мапу дубине или 3Д приказ сцене.

Камере за мерење времена лета

У поређењу са другим технологијама за мерење дубине попут структурираног светла или стерео вида, ToF камере нуде неколико предности. Оне пружају информације о дубини у реалном времену, имају релативно једноставан дизајн и могу да раде у различитим условима осветљења. ToF камере су такође компактне и могу се интегрисати у мање уређаје попут паметних телефона, таблета и носивих уређаја.

Примене ToF камера су разноврсне. У проширеној стварности, ToF камере могу прецизно да детектују дубину објеката и побољшају реализам виртуелних објеката постављених у стварном свету. У роботици, оне омогућавају роботима да перципирају своју околину и ефикасније се крећу кроз препреке. У 3D скенирању, ToF камере могу брзо да сниме геометрију објеката или окружења за различите сврхе као што су виртуелна стварност, игре или 3D штампање. Такође се користе у биометријским апликацијама, као што су препознавање лица или препознавање гестова руку.

二、Компоненте камера за време лета

Камере за мерење времена лета (ToF)састоје се од неколико кључних компоненти које раде заједно како би омогућиле мерење дубине и удаљености. Конкретне компоненте могу да варирају у зависности од дизајна и произвођача, али ево основних елемената који се обично налазе у системима ToF камера:

Извор светлости:

ToF камере користе извор светлости за емитовање светлосног сигнала, обично у облику инфрацрвене (IR) светлости. Извор светлости може бити LED (Light-Emitting Diode) или ласерска диода, у зависности од дизајна камере. Емитована светлост путује ка објектима у сцени.

Оптика:

Сочиво сакупља рефлектовану светлост и приказује околину на сензору слике (низу фокалне равни). Оптички филтер пропушта само светлост исте таласне дужине као и јединица за осветљење. Ово помаже у сузбијању непотребне светлости и смањењу шума.

Сензор слике:

Ово је срце TOF камере. Сваки пиксел мери време које је светлости потребно да пређе пут од јединице за осветљавање (ласера ​​или ЛЕД диоде) до објекта и назад до низа фокалне равни.

Коло за мерење времена:

Да би се прецизно измерило време лета, камери је потребно прецизно коло за мерење времена. Ово коло контролише емисију светлосног сигнала и детектује време потребно да светлост стигне до објеката и врати се у камеру. Синхронизује процесе емисије и детекције како би се осигурало тачно мерење удаљености.

Модулација:

НекиToF камереукључују технике модулације како би се побољшала тачност и робусност мерења удаљености. Ове камере модулирају емитовани светлосни сигнал одређеним обрасцем или фреквенцијом. Модулација помаже у разликовању емитоване светлости од других извора амбијенталне светлости и побољшава способност камере да разликује различите објекте у сцени.

Алгоритам за израчунавање дубине:

Да би претвориле мерења времена лета у информације о дубини, ToF камере користе софистициране алгоритме. Ови алгоритми анализирају податке о времену примљене од фотодетектора и израчунавају растојање између камере и објеката у сцени. Алгоритми за израчунавање дубине често укључују компензацију фактора као што су брзина простирања светлости, време одзива сензора и сметње амбијенталне светлости.

Излаз података о дубини:

Када се изврши прорачун дубине, ToF камера пружа излазне податке о дубини. Овај излаз може бити у облику мапе дубине, облака тачака или 3Д приказа сцене. Подаци о дубини могу се користити у апликацијама и системима како би се омогућиле разне функционалности попут праћења објеката, проширене стварности или роботске навигације.

Важно је напоменути да се специфична имплементација и компоненте ToF камера могу разликовати у зависности од произвођача и модела. Напредак у технологији може увести додатне функције и побољшања како би се побољшале перформансе и могућности система ToF камера.

三、Апликације

Аутомобилске примене

Камере за мерење времена летакористе се у функцијама помоћи и безбедности за напредне аутомобилске примене као што су активна безбедност пешака, детекција пре судара и примене у затвореном простору као што је детекција ван положаја (OOP).

Примена ToF камера

Интерфејси човек-машина и игре

As камере за мерење времена летапружајући слике удаљености у реалном времену, лако је пратити кретање људи. Ово омогућава нове интеракције са потрошачким уређајима као што су телевизори. Још једна тема је коришћење ове врсте камера за интеракцију са играма на конзолама за видео игре. Kinect сензор друге генерације, првобитно укључен у Xbox One конзолу, користио је камеру за мерење времена лета за снимање домета, омогућавајући природне корисничке интерфејсе и апликације за игре користећи технике рачунарског вида и препознавања гестова.

Компаније Creative и Intel такође пружају сличну врсту интерактивне камере за гестове која бележи време лета игара, Senz3D, засновану на DepthSense 325 камери компаније Softkinetic. Infineon и PMD Technologies омогућавају мале интегрисане 3D дубинске камере за контролу гестова изблиза на уређајима широке потрошње попут рачунара и лаптопова типа „све у једном“ (камере Picco flexx и Picco monstar).

Примена ToF камера у играма

Камере паметних телефона

Неколико паметних телефона укључује камере које мере време лета. Оне се углавном користе за побољшање квалитета фотографија тако што се софтверу камере пружају информације о предњем и задњем плану. Први мобилни телефон који је користио такву технологију био је LG G3, објављен почетком 2014. године.

Примена ToF камера у мобилним телефонима

Мерење и машински вид

Друге примене су задаци мерења, нпр. за висину пуњења у силосима. У индустријском машинском виду, камера за мерење времена лета помаже у класификацији и лоцирању објеката које користе роботи, као што су предмети који пролазе на транспортеру. Контроле врата могу лако да разликују животиње од људи који прилазе вратима.

Роботика

Још једна употреба ових камера је област роботике: Мобилни роботи могу веома брзо да направе мапу своје околине, што им омогућава да избегну препреке или прате особу која их води. Пошто је израчунавање удаљености једноставно, користи се само мало рачунарске снаге. Пошто се ове камере могу користити и за мерење удаљености, познато је да тимови за FIRST Robotics Competition користе уређаје за аутономне рутине.

Топографија Земље

ToF камерекоришћени су за добијање дигиталних модела елевације топографије Земљине површине, за студије у геоморфологији.

Примена ToF камера у геоморфологији