一、Uçuş kameralarının zamanı nedir?

Uçuş süresi (ToF) kameraları, ışığın nesnelere gidip kameraya geri dönmesi için geçen süreyi kullanarak kamera ile sahnedeki nesneler arasındaki mesafeyi ölçen bir tür derinlik algılama teknolojisidir. Artırılmış gerçeklik, robotik, 3D tarama, hareket tanıma ve daha fazlası gibi çeşitli uygulamalarda yaygın olarak kullanılırlar.

ToF kameralarGenellikle kızılötesi ışık olan bir ışık sinyali yayarak ve sinyalin sahnedeki nesnelere çarptıktan sonra geri dönmesi için geçen süreyi ölçerek çalışır. Bu zaman ölçümü daha sonra nesnelere olan mesafeyi hesaplamak, bir derinlik haritası oluşturmak veya sahnenin 3 boyutlu bir temsilini oluşturmak için kullanılır.

Uçuş kameralarının zamanı

Yapılandırılmış ışık veya stereo görüş gibi diğer derinlik algılama teknolojileriyle karşılaştırıldığında ToF kameralar çeşitli avantajlar sunar. Gerçek zamanlı derinlik bilgisi sağlarlar, nispeten basit bir tasarıma sahiptirler ve çeşitli aydınlatma koşullarında çalışabilirler. ToF kameraları da kompakttır ve akıllı telefonlar, tabletler ve giyilebilir cihazlar gibi daha küçük cihazlara entegre edilebilir.

ToF kameraların uygulamaları çeşitlidir. Artırılmış gerçeklikte, ToF kameralar nesnelerin derinliğini doğru bir şekilde algılayabilir ve gerçek dünyaya yerleştirilen sanal nesnelerin gerçekçiliğini geliştirebilir. Robotikte robotların çevrelerini algılamasını ve engellerden daha etkili şekilde geçmesini sağlarlar. 3D taramada ToF kameralar, sanal gerçeklik, oyun veya 3D yazdırma gibi çeşitli amaçlar için nesnelerin veya ortamların geometrisini hızlı bir şekilde yakalayabilir. Ayrıca yüz tanıma veya el hareketi tanıma gibi biyometrik uygulamalarda da kullanılırlar.

yaniUçuş kameralarının zaman bileşenleri

Uçuş süresi (ToF) kameralarıderinlik algılamayı ve mesafe ölçümünü mümkün kılmak için birlikte çalışan birkaç temel bileşenden oluşur. Belirli bileşenler, tasarıma ve üreticiye bağlı olarak değişiklik gösterebilir ancak ToF kamera sistemlerinde tipik olarak bulunan temel öğeler şunlardır:

Işık kaynağı:

ToF kameraları, genellikle kızılötesi (IR) ışık biçiminde bir ışık sinyali yaymak için bir ışık kaynağı kullanır. Işık kaynağı, kameranın tasarımına bağlı olarak bir LED (Işık Yayan Diyot) veya bir lazer diyot olabilir. Yayılan ışık sahnedeki nesnelere doğru ilerler.

Optik:

Bir mercek, yansıyan ışığı toplar ve ortamı görüntü sensörüne (odak düzlemi dizisi) görüntüler. Optik bant geçiren filtre, yalnızca aydınlatma ünitesiyle aynı dalga boyuna sahip ışığı geçirir. Bu, uygun olmayan ışığın bastırılmasına ve gürültünün azaltılmasına yardımcı olur.

Görüntü sensörü:

Bu TOF kameranın kalbidir. Her piksel, ışığın aydınlatma ünitesinden (lazer veya LED) nesneye ve tekrar odak düzlemi dizisine gitmesi için geçen süreyi ölçer.

Zamanlama Devresi:

Uçuş süresini doğru bir şekilde ölçmek için kameranın hassas zamanlama devresine ihtiyacı vardır. Bu devre, ışık sinyalinin yayılmasını kontrol eder ve ışığın nesnelere gidip kameraya geri dönmesi için geçen süreyi algılar. Doğru mesafe ölçümlerini sağlamak için emisyon ve tespit süreçlerini senkronize eder.

Modülasyon:

BazıToF kameralarmesafe ölçümlerinin doğruluğunu ve sağlamlığını geliştirmek için modülasyon tekniklerini içerir. Bu kameralar yayılan ışık sinyalini belirli bir desen veya frekansla modüle eder. Modülasyon, yayılan ışığın diğer ortam ışık kaynaklarından ayırt edilmesine yardımcı olur ve kameranın sahnedeki farklı nesneler arasında ayrım yapma yeteneğini geliştirir.

Derinlik Hesaplama Algoritması:

Uçuş süresi ölçümlerini derinlik bilgisine dönüştürmek için ToF kameraları gelişmiş algoritmalar kullanır. Bu algoritmalar fotodetektörden alınan zamanlama verilerini analiz ederek kamera ile sahnedeki nesneler arasındaki mesafeyi hesaplar. Derinlik hesaplama algoritmaları genellikle ışığın yayılma hızı, sensör tepki süresi ve ortam ışığı girişimi gibi faktörlerin telafi edilmesini içerir.

Derinlik Veri Çıkışı:

Derinlik hesaplaması yapıldıktan sonra ToF kamerası derinlik verisi çıkışı sağlar. Bu çıktı bir derinlik haritası, bir nokta bulutu veya sahnenin 3 boyutlu temsili şeklinde olabilir. Derinlik verileri uygulamalar ve sistemler tarafından nesne izleme, artırılmış gerçeklik veya robotik navigasyon gibi çeşitli işlevleri etkinleştirmek için kullanılabilir.

ToF kameraların özel uygulama ve bileşenlerinin farklı üreticilere ve modellere göre değişebileceğini unutmamak önemlidir. Teknolojideki ilerlemeler, ToF kamera sistemlerinin performansını ve yeteneklerini geliştirmek için ek özellikler ve geliştirmeler sunabilir.

、Uygulamalar

Otomotiv uygulamaları

Uçuş süresi kameralarıAktif yaya güvenliği, çarpışma öncesi algılama gibi gelişmiş otomotiv uygulamalarına ve konum dışı algılama (OOP) gibi iç mekan uygulamalarına yönelik yardım ve güvenlik işlevlerinde kullanılır.

ToF kameraların uygulaması

İnsan-makine arayüzleri ve oyun

As uçuş süresi kameralarıUzaklık görüntülerini gerçek zamanlı olarak sağladığından insanların hareketlerini takip etmek kolaydır. Bu, televizyon gibi tüketici cihazlarıyla yeni etkileşimlere olanak tanır. Diğer bir konu ise video oyun konsollarındaki oyunlarla etkileşim kurmak için bu tür kameraların kullanılmasıdır. Orijinal olarak Xbox One konsolunda bulunan ikinci nesil Kinect sensörü, menzil görüntülemesi için bir uçuş süresi kamerası kullanmış ve doğal kullanıcı arayüzleri ve oyunlara olanak sağlamıştır. Bilgisayarla görme ve jest tanıma tekniklerini kullanan uygulamalar.

Creative ve Intel ayrıca oyunlar için benzer türde etkileşimli hareket uçuş süresi kamerası sunuyor; Softkinetic'in DepthSense 325 kamerasını temel alan Senz3D. Infineon ve PMD Teknolojileri, hepsi bir arada PC'ler ve dizüstü bilgisayarlar (Picco flexx ve Picco monstar kameralar) gibi tüketici cihazlarının yakın mesafe hareket kontrolü için küçük entegre 3D derinlik kameralarına olanak tanır.

ToF kameralarının oyunlarda uygulanması

Akıllı telefon kameraları

Birçok akıllı telefonda uçuş süresi kameraları bulunur. Bunlar esas olarak kamera yazılımına ön plan ve arka plan hakkında bilgi sağlayarak fotoğrafların kalitesini artırmak için kullanılır. Bu teknolojiyi kullanan ilk cep telefonu, 2014'ün başlarında piyasaya sürülen LG G3'tü.

ToF kameralarının cep telefonlarında uygulanması

Ölçüm ve makine görüşü

Diğer uygulamalar, örneğin silolardaki dolum yüksekliği gibi ölçüm görevleridir. Endüstriyel makine görüşünde uçuş süresi kamerası, konveyörden geçen öğeler gibi robotların kullanabileceği nesnelerin sınıflandırılmasına ve konumlandırılmasına yardımcı olur. Kapı kontrolleri, kapıya ulaşan hayvanları ve insanları kolaylıkla ayırt edebilir.

Robotik

Bu kameraların bir başka kullanım alanı da robotik alanıdır: Mobil robotlar çok hızlı bir şekilde çevrelerinin haritasını oluşturarak engellerden kaçınmalarına veya önde gelen bir kişiyi takip etmelerine olanak sağlar. Mesafe hesaplaması basit olduğundan yalnızca çok az hesaplama gücü kullanılır. Bu kameralar aynı zamanda mesafeyi ölçmek için de kullanılabildiğinden, FIRST Robotics Competition takımlarının bu cihazları otonom rutinler için kullandıkları biliniyor.

Dünya topografyası

ToF kameralarJeomorfoloji çalışmaları için Dünya'nın yüzey topoğrafyasının dijital yükseklik modellerinin elde edilmesinde kullanılmıştır.

ToF kameralarının jeomorfolojide uygulanması