Två, vad är flygtidskameror?

Time-of-flight (ToF)-kameror är en typ av djupavkänningsteknik som mäter avståndet mellan kameran och objekt i scenen genom att använda den tid det tar för ljus att färdas till objekten och tillbaka till kameran. De används ofta i olika tillämpningar som förstärkt verklighet, robotteknik, 3D-skanning, gestigenkänning med mera.

ToF-kamerorfungerar 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 föremålen, vilket skapar en djupkarta eller en 3D-representation av scenen.

Flygkamerornas tid

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

Tillämpningarna för ToF-kameror är mångsidiga. Inom förstärkt verklighet kan ToF-kameror exakt detektera objekts djup och förbättra realismen hos virtuella objekt placerade i den verkliga världen. Inom robotik gör de det möjligt för robotar att uppfatta sin omgivning och navigera hinder mer effektivt. Inom 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 handgestigigenkänning.

二,Komponenter i flygtidskameror

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 elementen 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 avgivna ljuset färdas mot objekten i scenen.

Optik:

En lins samlar det reflekterade ljuset och avbildar omgivningen på bildsensorn (fokalplansmatris). Ett optiskt bandpassfilter släpper endast igenom ljus med samma våglängd som belysningsenheten. Detta hjälper till att undertrycka irrelevant ljus och minska brus.

Bildsensor:

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

Tidskretsar:

För att mäta flygtiden korrekt behöver kameran en exakt tidskrets. Denna krets styr ljussignalens utsändning och detekterar den tid det tar för ljuset att färdas till objekten och återvända till kameran. Den synkroniserar utsändnings- och detekteringsprocesserna för att säkerställa noggranna avståndsmätningar.

Modulation:

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

Djupberäkningsalgoritm:

För att omvandla flygtidsmätningarna till djupinformation använder ToF-kameror sofistikerade algoritmer. Dessa algoritmer analyserar tidsdata som tas emot från fotodetektorn och beräknar avståndet mellan kameran och objekten i scenen. Djupberäkningsalgoritmerna innebär ofta att man kompenserar för faktorer som ljusutbredningshastighet, sensorns svarstid och störningar från omgivande ljus.

Djupdatautgång:

När djupberäkningen är utförd, tillhandahåller ToF-kameran djupdata. Denna utdata kan ha formen av en djupkarta, ett punktmoln eller en 3D-representation av scenen. Djupdatan 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. Tekniska framsteg kan introducera ytterligare funktioner och förbättringar för att förbättra prestanda och kapacitet hos ToF-kamerasystem.

三、Ansökningar

Fordonsapplikationer

Flygtidskameroranvänds i assistans- och säkerhetsfunktioner för avancerade fordonsapplikationer såsom aktiv fotgängarsäkerhet, krockförebyggande detektering och inomhusapplikationer som urpositionsdetektering (OOP).

Tillämpningen av ToF-kameror

Människa-maskin-gränssnitt och spel

As flygtidkamerorGenom att ge avståndsbilder i realtid är det enkelt 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 spelkonsoler. Andra generationens Kinect-sensor som ursprungligen inkluderades i Xbox One-konsolen använde en Time-of-Flight-kamera för sin avståndsavbildning, vilket möjliggjorde naturliga användargränssnitt och spelapplikationer med hjälp av datorseende och gestigenkänningstekniker.

Creative och Intel erbjuder också en liknande typ av interaktiv gest-time-of-flight-kamera för spel, Senz3D, baserad på Softkinetics DepthSense 325-kamera. Infineon och PMD Technologies möjliggör små integrerade 3D-djupkameror för gestkontroll 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

Smartphonekameror

Flera smartphones har Time-of-Flight-kameror. Dessa används främst för att förbättra fotokvaliteten 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 tillämpningar är mätuppgifter, t.ex. för fyllningshöjden i silos. Inom industriell maskinseende hjälper time-of-flight-kameran till att klassificera och lokalisera objekt för robotar, till exempel föremål som passerar på ett transportband. Dörrkontroller kan enkelt skilja mellan djur och människor som når dörren.

Robotik

En annan användning av dessa kameror är inom robotik: Mobila robotar kan mycket snabbt bygga upp en karta över sin omgivning, 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 lag för FIRST Robotics Competition varit kända för att använda enheterna för autonoma rutiner.

Jordtopografi

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

Tillämpningen av ToF-kameror inom geomorfologi