一、Vad är time of flight-kameror?

Time-of-flight-kameror (ToF) är en typ av djupavkännande teknologi som mäter avståndet mellan kameran och objekten i scenen genom att använda den tid det tar för ljuset att färdas till objekten och tillbaka till kameran. De används ofta i olika applikationer som förstärkt verklighet, robotik, 3D-skanning, gestigenkänning och mer.

ToF-kamerorarbete genom att avge en ljussignal, vanligtvis infrarött ljus, och mäta den tid det tar för signalen att studsa tillbaka efter att ha träffat föremål i scenen. Denna tidsmätning används sedan för att beräkna avståndet till objekten, skapa en djupkarta eller en 3D-representation av scenen.

Flygkamerornas tid

Jämfört med andra djupavkännande teknologier som strukturerat ljus eller stereoseende erbjuder ToF-kameror flera fördelar. De ger djupinformation i realtid, har en relativt enkel design och kan fungera i olika ljusförhållanden. ToF-kameror är också kompakta och kan integreras i mindre enheter som smartphones, surfplattor och bärbara enheter.

Tillämpningarna av ToF-kameror är olika. I förstärkt verklighet kan ToF-kameror noggrant detektera djupet på objekt och förbättra realismen hos virtuella objekt placerade i den verkliga världen. Inom robotteknik gör de det möjligt för robotar att uppfatta sin omgivning och navigera över hinder mer effektivt. I 3D-skanning kan ToF-kameror snabbt fånga geometrin hos objekt eller miljöer för olika ändamål som virtuell verklighet, spel eller 3D-utskrift. De används också i biometriska tillämpningar, såsom ansiktsigenkänning eller handgesterigenkänning.

二,Komponenter av time of flight-kameror

Time-of-flight (ToF) kamerorbestår av flera nyckelkomponenter som samverkar för att möjliggöra djupavkänning och avståndsmätning. De specifika komponenterna kan variera beroende på design och tillverkare, men här är de grundläggande delarna som vanligtvis finns i ToF-kamerasystem:

Ljuskälla:

ToF-kameror använder en ljuskälla för att avge en ljussignal, vanligtvis i form av infrarött (IR) ljus. Ljuskällan kan vara en LED (Light-Emitting Diode) eller en laserdiod, beroende på kamerans design. Det emitterade ljuset färdas mot föremålen i scenen.

Optik:

En lins samlar det reflekterade ljuset och avbildar miljön på bildsensorn (focal plane array). Ett optiskt bandpassfilter släpper bara igenom ljuset med samma våglängd som belysningsenheten. Detta hjälper till att dämpa icke-relevant ljus och minska brus.

Bildsensor:

Detta är hjärtat i TOF-kameran. Varje pixel mäter den tid det har tagit för ljuset att färdas från belysningsenheten (laser eller LED) till objektet och tillbaka till fokalplansmatrisen.

Timing Circuit:

För att mäta flygtiden exakt behöver kameran exakta tidskretsar. Denna krets styr utsändningen av ljussignalen och detekterar den tid det tar för ljuset att färdas till föremålen och återvända till kameran. Den synkroniserar emissions- och detekteringsprocesserna för att säkerställa korrekta avståndsmätningar.

Modulation:

NågraToF-kamerorinförliva moduleringstekniker för att förbättra noggrannheten och robustheten i avståndsmätningar. Dessa kameror modulerar den emitterade ljussignalen med ett specifikt mönster eller frekvens. Moduleringen hjälper till att skilja det utsända ljuset från andra omgivande ljuskällor och förbättrar kamerans förmåga att skilja mellan olika objekt i scenen.

Algoritm för djupberäkning:

För att konvertera flygtidens mätningar till djupinformation använder ToF-kameror sofistikerade algoritmer. Dessa algoritmer analyserar timingdata som tas emot från fotodetektorn och beräknar avståndet mellan kameran och objekten i scenen. Algoritmerna för djupberäkning involverar ofta att kompensera för faktorer som ljusets utbredningshastighet, sensorns svarstid och interferens av omgivande ljus.

Djupdatautgång:

När djupberäkningen är utförd, tillhandahåller ToF-kameran djupdatautmatning. Denna utdata kan ha formen av en djupkarta, ett punktmoln eller en 3D-representation av scenen. Djupdata kan användas av applikationer och system för att möjliggöra olika funktioner som objektspårning, förstärkt verklighet eller robotnavigering.

Det är viktigt att notera att den specifika implementeringen och komponenterna i ToF-kameror kan variera mellan olika tillverkare och modeller. Framsteg inom teknik kan introducera ytterligare funktioner och förbättringar för att förbättra prestanda och kapacitet hos ToF-kamerasystem.

三、Ansökningar

Automotive applikationer

Tid-of-flight kameroranvänds i assistans- och säkerhetsfunktioner för avancerade fordonstillämpningar som aktiv fotgängarsäkerhet, precrash-detektering och inomhusapplikationer som out-of-position (OOP)-detektering.

Tillämpningen av ToF-kameror

Människo-maskin-gränssnitt och spel

As tid-of-flight kamerortillhandahålla avståndsbilder i realtid är det lätt att spåra människors rörelser. Detta möjliggör nya interaktioner med konsumentenheter som tv-apparater. Ett annat ämne är att använda den här typen av kameror för att interagera med spel på videospelskonsoler. Den andra generationens Kinect-sensor som ursprungligen ingick i Xbox One-konsolen använde en tid-of-flight-kamera för sin räckviddsavbildning, vilket möjliggör naturliga användargränssnitt och spel applikationer som använder datorseende och tekniker för gestigenkänning.

Creative och Intel tillhandahåller också en liknande typ av interaktiv gest-time-of-flight-kamera för spel, Senz3D baserad på DepthSense 325-kameran från Softkinetic. Infineon och PMD Technologies möjliggör små integrerade 3D-djupkameror för geststyrning på nära håll av konsumentenheter som allt-i-ett-datorer och bärbara datorer (Picco flexx och Picco monstar-kameror).

Tillämpningen av ToF-kameror i spel

Smartphone kameror

Flera smartphones inkluderar flygtidskameror. Dessa används främst för att förbättra kvaliteten på foton genom att förse kamerans programvara med information om förgrund och bakgrund. Den första mobiltelefonen som använde sådan teknik var LG G3, som släpptes i början av 2014.

Tillämpningen av ToF-kameror i mobiltelefoner

Mätning och maskinseende

Andra applikationer är mätuppgifter, t.ex. för fyllningshöjden i silos. I industriell maskinseende hjälper time-of-flight-kameran till att klassificera och lokalisera objekt för användning av robotar, till exempel föremål som passerar förbi på en transportör. Dörrkontroller kan lätt skilja mellan djur och människor som når dörren.

Robotik

En annan användning av dessa kameror är robotteknik: Mobila robotar kan bygga upp en karta över sin omgivning mycket snabbt, vilket gör att de kan undvika hinder eller följa en ledande person. Eftersom avståndsberäkningen är enkel, används endast liten beräkningskraft. Eftersom dessa kameror också kan användas för att mäta avstånd, har team för FIRST Robotics Competition varit kända för att använda enheterna för autonoma rutiner.

Jordens topografi

ToF-kamerorhar använts för att erhålla digitala höjdmodeller av jordens yttopografi, för studier i geomorfologi.

Tillämpningen av ToF-kameror i geomorfologi