Ano ang ibig sabihin ng oras ng paglipad ng mga kamera?

Ang mga time-of-flight (ToF) camera ay isang uri ng teknolohiyang depth-sensing na sumusukat sa distansya sa pagitan ng camera at mga bagay sa eksena gamit ang oras na kinakailangan para maglakbay ang liwanag papunta sa mga bagay at pabalik sa camera. Karaniwang ginagamit ang mga ito sa iba't ibang aplikasyon tulad ng augmented reality, robotics, 3D scanning, gesture recognition, at marami pang iba.

Mga kamerang ToFGumagana ito sa pamamagitan ng pagpapalabas ng signal ng liwanag, kadalasan ay infrared light, at pagsukat ng oras na kinakailangan para makabalik ang signal pagkatapos tumama sa mga bagay sa eksena. Ang pagsukat ng oras na ito ay ginagamit upang kalkulahin ang distansya sa mga bagay, na lumilikha ng isang depth map o isang 3D na representasyon ng eksena.

Ang oras ng mga camera sa paglipad

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

Iba-iba ang mga gamit ng mga ToF camera. Sa augmented reality, kayang tumpak na matukoy ng mga ToF camera ang lalim ng mga bagay at mapabuti ang realismo ng mga virtual na bagay na nakalagay sa totoong mundo. Sa robotics, binibigyang-daan nito ang mga robot na makita ang kanilang paligid at mas epektibong malampasan ang mga balakid. Sa 3D scanning, mabilis na makukuha ng mga ToF camera ang geometry ng mga bagay o kapaligiran para sa iba't ibang layunin tulad ng virtual reality, paglalaro, o 3D printing. Ginagamit din ang mga ito sa mga biometric na gamit, tulad ng facial recognition o hand gesture recognition.

二、Mga bahagi ng mga kamera ng oras ng paglipad

Mga kamerang pang-oras ng paglipad (ToF)Binubuo ito ng ilang mahahalagang bahagi na nagtutulungan upang paganahin ang depth sensing at distance measurement. Ang mga partikular na bahagi ay maaaring mag-iba depende sa disenyo at tagagawa, ngunit narito ang mga pangunahing elemento na karaniwang matatagpuan sa mga sistema ng ToF camera:

Pinagmumulan ng Liwanag:

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

Optika:

Tinitipon ng isang lente ang sinasalamin na liwanag at ini-imahen ang kapaligiran papunta sa image sensor (focal plane array). Ang isang optical band-pass filter ay nagpapasa lamang ng liwanag na may parehong wavelength gaya ng illumination unit. Nakakatulong ito na supilin ang hindi kaugnay na liwanag at mabawasan ang ingay.

Sensor ng imahe:

Ito ang puso ng TOF camera. Sinusukat ng bawat pixel ang oras na ginugol ng liwanag upang maglakbay mula sa illumination unit (laser o LED) patungo sa bagay at pabalik sa focal plane array.

Sirkito ng Pag-time:

Upang masukat nang tumpak ang oras ng paglipad, ang kamera ay nangangailangan ng tumpak na timing circuitry. Kinokontrol ng circuitry na ito ang paglabas ng signal ng liwanag at tinutukoy ang oras na kinakailangan para maglakbay ang liwanag patungo sa mga bagay at bumalik sa kamera. Sini-synchronize nito ang mga proseso ng paglabas at pagtuklas upang matiyak ang tumpak na pagsukat ng distansya.

Modulasyon:

ilanMga kamerang ToFIsinasama ang mga pamamaraan ng modulasyon upang mapabuti ang katumpakan at katatagan ng mga sukat ng distansya. Binabago ng mga kamerang ito ang inilalabas na signal ng liwanag gamit ang isang partikular na pattern o frequency. Nakakatulong ang modulasyon na makilala ang inilalabas na liwanag mula sa iba pang pinagmumulan ng liwanag sa paligid at pinapahusay ang kakayahan ng kamera na makilala ang pagkakaiba sa pagitan ng iba't ibang bagay sa eksena.

Algoritmo ng Pagkalkula ng Lalim:

Upang gawing impormasyon sa lalim ang mga sukat ng oras ng paglipad, gumagamit ang mga ToF camera ng mga sopistikadong algorithm. Sinusuri ng mga algorithm na ito ang datos ng tiyempo na natatanggap mula sa photodetector at kinakalkula ang distansya sa pagitan ng camera at ng mga bagay sa eksena. Ang mga algorithm sa pagkalkula ng lalim ay kadalasang kinabibilangan ng pagbabayad para sa mga salik tulad ng bilis ng paglaganap ng liwanag, oras ng pagtugon ng sensor, at interference ng liwanag sa paligid.

Output ng Lalim ng Datos:

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

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

三, Mga Application

Mga aplikasyon sa sasakyan

Mga kamerang pang-oras ng paglipaday ginagamit sa mga tungkuling pantulong at pangkaligtasan para sa mga advanced na aplikasyon sa sasakyan tulad ng aktibong kaligtasan ng mga pedestrian, pag-detect bago ang banggaan, at mga aplikasyon sa loob ng bahay tulad ng out-of-position (OOP) detection.

Ang aplikasyon ng mga ToF camera

Mga interface ng tao-makina at paglalaro

As mga kamerang pang-oras ng paglipadNagbibigay ng mga imahe ng distansya sa totoong oras, madaling subaybayan ang mga galaw ng mga tao. Nagbibigay-daan ito ng mga bagong interaksyon sa mga device ng mga mamimili tulad ng mga telebisyon. Ang isa pang paksa ay ang paggamit ng ganitong uri ng camera upang makipag-ugnayan sa mga laro sa mga video game console. Ang pangalawang henerasyon ng Kinect sensor na orihinal na kasama sa Xbox One console ay gumamit ng time-of-flight camera para sa range imaging nito, na nagbibigay-daan sa natural na mga user interface at mga aplikasyon sa paglalaro gamit ang computer vision at mga diskarte sa pagkilala ng kilos.

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

Ang paggamit ng mga ToF camera sa mga laro

Mga kamera ng smartphone

May ilang smartphone na may kasamang time-of-flight camera. Pangunahing ginagamit ang mga ito 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 ganitong teknolohiya ay ang LG G3, na inilabas noong unang bahagi ng 2014.

Ang aplikasyon ng mga ToF camera sa mga mobile phone

Pagsukat at paningin ng makina

Ang iba pang mga aplikasyon ay mga gawain sa pagsukat, halimbawa para sa taas ng pagpuno sa mga silo. Sa industrial machine vision, ang time-of-flight camera ay nakakatulong upang uriin at hanapin ang mga bagay na gagamitin ng mga robot, tulad ng mga bagay na dumadaan sa isang conveyor. Ang mga kontrol sa pinto ay madaling makilala ang pagkakaiba sa pagitan ng mga hayop at mga taong umaabot sa pinto.

Robotika

Isa pang gamit ng mga kamerang ito ay sa larangan ng robotics: Ang mga mobile robot ay maaaring mabilis na bumuo ng mapa ng kanilang kapaligiran, na nagbibigay-daan sa kanila upang maiwasan ang mga balakid o sundan ang isang nangunguna. Dahil simple ang pagkalkula ng distansya, kakaunti lamang ang lakas ng pagkalkula na ginagamit. Dahil ang mga kamerang ito ay maaari ding gamitin upang sukatin ang distansya, ang mga koponan para sa FIRST Robotics Competition ay kilalang gumagamit ng mga aparato para sa mga autonomous na gawain.

Topograpiya ng Daigdig

Mga kamerang ToFay ginamit upang makakuha ng mga digital na modelo ng elebasyon ng topograpiya sa ibabaw ng Daigdig, para sa mga pag-aaral sa heomorpolohiya.

Ang aplikasyon ng mga ToF camera sa geomorphology