一、Ano ang oras ng flight camera?

Ang mga time-of-flight (ToF) camera ay isang uri ng depth-sensing technology na sumusukat sa distansya sa pagitan ng camera at mga bagay sa eksena sa pamamagitan ng paggamit ng oras na kailangan para sa liwanag na maglakbay patungo sa mga bagay at pabalik sa camera. Karaniwang ginagamit ang mga ito sa iba't ibang application gaya ng augmented reality, robotics, 3D scanning, gesture recognition, at higit pa.

Mga ToF cameragumana sa pamamagitan ng pagpapalabas ng liwanag na signal, karaniwang infrared na ilaw, at pagsukat sa oras na aabutin para bumalik ang signal pagkatapos matamaan ang mga bagay sa eksena. Ang pagsukat ng oras na ito ay ginagamit upang kalkulahin ang distansya sa mga bagay, na lumilikha ng isang depth na mapa o isang 3D na representasyon ng eksena.

Ang oras ng flight camera

Kung ikukumpara sa iba pang mga depth-sensing na teknolohiya tulad ng structured light o stereo vision, ang mga ToF camera ay nag-aalok ng ilang mga pakinabang. Nagbibigay ang mga ito ng real-time na depth na impormasyon, may medyo simpleng disenyo, at maaaring gumana sa iba't ibang kondisyon ng pag-iilaw. Ang mga ToF camera ay compact din at maaaring isama sa mas maliliit na device tulad ng mga smartphone, tablet, at wearable device.

Ang mga application ng ToF camera ay magkakaiba. Sa augmented reality, tumpak na matutukoy ng mga ToF camera ang lalim ng mga bagay at mapahusay ang pagiging totoo ng mga virtual na bagay na inilagay sa totoong mundo. Sa robotics, binibigyang-daan nila ang mga robot na makita ang kanilang paligid at mas epektibong mag-navigate sa mga hadlang. Sa 3D scanning, mabilis na makukuha ng mga ToF camera ang geometry ng mga bagay o environment para sa iba't ibang layunin tulad ng virtual reality, gaming, o 3D printing. Ginagamit din ang mga ito sa mga biometric na application, tulad ng pagkilala sa mukha o pagkilala sa kilos ng kamay.

二、Mga bahagi ng oras ng flight camera

Time-of-flight (ToF) na mga camerabinubuo ng ilang pangunahing bahagi na nagtutulungan upang paganahin ang depth sensing at pagsukat ng distansya. Ang mga partikular na bahagi ay maaaring mag-iba depende sa disenyo at tagagawa, ngunit narito ang mga pangunahing elemento na karaniwang makikita sa ToF camera system:

Pinagmulan ng Banayad:

Gumagamit ang mga ToF camera ng ilaw na pinagmumulan upang maglabas ng liwanag na signal, kadalasan sa anyo ng infrared (IR) na ilaw. Ang pinagmumulan ng liwanag ay maaaring isang LED (Light-Emitting Diode) o isang laser diode, depende sa disenyo ng camera. Ang naglalabas na liwanag ay naglalakbay patungo sa mga bagay sa eksena.

Optika:

Kinokolekta ng isang lens ang naaninag na liwanag at inilarawan ang kapaligiran papunta sa sensor ng imahe (focal plane array). Ang isang optical band-pass filter ay pumasa lamang sa liwanag na may parehong wavelength gaya ng illumination unit. Nakakatulong ito na sugpuin ang hindi nauugnay na liwanag at bawasan ang ingay.

Sensor ng larawan:

Ito ang puso ng TOF camera. Sinusukat ng bawat pixel ang tagal ng ilaw na naglakbay mula sa illumination unit (laser o LED) patungo sa object at pabalik sa focal plane array.

Circuitry ng Timing:

Para tumpak na sukatin ang oras ng paglipad, kailangan ng camera ng tumpak na circuitry ng timing. Kinokontrol ng circuitry na ito ang paglabas ng signal ng liwanag at nakikita ang oras na kailangan ng liwanag upang maglakbay sa mga bagay at bumalik sa camera. Sini-synchronize nito ang mga proseso ng paglabas at pagtuklas upang matiyak ang tumpak na mga sukat ng distansya.

Modulasyon:

Ang ilanMga ToF cameraisama ang mga diskarte sa modulasyon upang mapabuti ang katumpakan at katatagan ng mga sukat ng distansya. Ang mga camera na ito ay nagmo-modulate sa emitted light signal na may partikular na pattern o frequency. Tinutulungan ng modulasyon na makilala ang ibinubuga na liwanag mula sa iba pang mga pinagmumulan ng ilaw sa paligid at pinahuhusay ang kakayahan ng camera na makilala ang iba't ibang bagay sa eksena.

Algorithm ng Pagkalkula ng Lalim:

Upang i-convert ang mga sukat ng oras ng paglipad sa malalim na impormasyon, ang mga ToF camera ay gumagamit ng mga sopistikadong algorithm. Sinusuri ng mga algorithm na ito ang data ng timing na natanggap mula sa photodetector at kinakalkula ang distansya sa pagitan ng camera at ng mga bagay sa eksena. Ang mga algorithm ng depth calculation ay kadalasang may kasamang compensating para sa mga salik tulad ng light propagation speed, sensor response time, at ambient light interference.

Depth Data Output:

Sa sandaling maisagawa ang pagkalkula ng lalim, ang ToF camera ay nagbibigay ng depth data output. Ang output na ito ay maaaring nasa anyo ng isang depth na mapa, isang point cloud, o isang 3D na representasyon ng eksena. Ang depth data ay maaaring gamitin ng mga application at system para paganahin ang iba't ibang functionality tulad ng object tracking, augmented reality, o robotic navigation.

Mahalagang tandaan na ang partikular na pagpapatupad at mga bahagi ng ToF camera ay maaaring mag-iba sa iba't ibang mga tagagawa at modelo. Ang mga pag-unlad sa teknolohiya ay maaaring magpakilala ng mga karagdagang tampok at pagpapahusay upang mapabuti ang pagganap at mga kakayahan ng ToF camera system.

三, Mga Application

Mga aplikasyon sa sasakyan

Mga camera sa oras ng paglipaday ginagamit sa mga function ng tulong at kaligtasan para sa mga advanced na automotive application tulad ng aktibong pedestrian safety, precrash detection at mga indoor application tulad ng out-of-position (OOP) detection.

Ang application ng ToF camera

Mga interface ng tao-machine at paglalaro

As time-of-flight na mga cameramagbigay ng mga imahe ng distansya sa real time, ito ay madaling subaybayan ang mga paggalaw ng mga tao. Nagbibigay-daan ito sa mga bagong pakikipag-ugnayan sa mga device ng consumer gaya ng mga telebisyon. Ang isa pang paksa ay ang paggamit ng ganitong uri ng mga camera para makipag-ugnayan sa mga laro sa mga video game console. Ang pangalawang henerasyong Kinect sensor na orihinal na kasama sa Xbox One console ay gumamit ng time-of-flight camera para sa range imaging nito, na nagpapagana ng mga natural na user interface at gaming mga application na gumagamit ng computer vision at mga diskarte sa pagkilala ng kilos.

Nagbibigay din ang Creative at Intel ng katulad na uri ng interactive na gesture time-of-flight camera para sa paglalaro, ang Senz3D batay sa DepthSense 325 camera ng Softkinetic. Ang Infineon at PMD Technologies ay nagbibigay-daan sa maliliit na pinagsama-samang 3D depth camera para sa close-range na kilos na kontrol ng mga consumer device tulad ng mga all-in-one na PC at laptop (Picco flexx at Picco monstar camera).

Ang application ng ToF camera sa mga laro

Mga smartphone camera

Kasama sa ilang smartphone ang mga time-of-flight camera. Ang mga ito ay pangunahing ginagamit upang mapabuti ang kalidad ng mga larawan sa pamamagitan ng pagbibigay sa software ng camera ng impormasyon tungkol sa foreground at background. Ang unang mobile phone na gumamit ng naturang teknolohiya ay ang LG G3, na inilabas noong unang bahagi ng 2014.

Ang application ng ToF camera sa mga mobile phone

Pagsukat at paningin ng makina

Ang iba pang mga application ay mga gawain sa pagsukat, hal para sa taas ng fill sa mga silos. Sa pang-industriyang machine vision, nakakatulong ang time-of-flight camera na i-classify at hanapin ang mga bagay na gagamitin ng mga robot, gaya ng mga bagay na dumadaan sa conveyor. Ang mga kontrol sa pinto ay madaling makilala sa pagitan ng mga hayop at tao na umaabot sa pinto.

Robotics

Ang isa pang gamit ng mga camera na ito ay ang larangan ng robotics: Ang mga mobile robot ay maaaring bumuo ng isang mapa ng kanilang kapaligiran nang napakabilis, na nagbibigay-daan sa kanila upang maiwasan ang mga hadlang o sumunod sa isang nangungunang tao. Dahil simple ang pagkalkula ng distansya, kakaunting computational power lang ang ginagamit. Dahil ang mga camera na ito ay maaari ding gamitin upang sukatin ang distansya, ang mga koponan para sa FIRST Robotics Competition ay kilala na gumamit ng mga device para sa mga autonomous na gawain.

Topograpiya ng lupa

Mga ToF cameraay ginamit upang makakuha ng mga modelo ng digital elevation ng topograpiya ng ibabaw ng Earth, para sa mga pag-aaral sa geomorphology.

Ang application ng ToF camera sa geomorphology