一、Thời gian của máy ảnh chuyến bay là gì?

Máy ảnh thời gian bay (ToF) là một loại công nghệ cảm biến độ sâu giúp đo khoảng cách giữa máy ảnh và các vật thể trong khung cảnh bằng cách sử dụng thời gian để ánh sáng truyền đến vật thể và quay trở lại máy ảnh. Chúng thường được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau như thực tế tăng cường, robot, quét 3D, nhận dạng cử chỉ, v.v.

Camera ToFhoạt động bằng cách phát ra tín hiệu ánh sáng, điển hình là ánh sáng hồng ngoại và đo thời gian để tín hiệu bật trở lại sau khi chạm vào các vật thể trong hiện trường. Phép đo thời gian này sau đó được sử dụng để tính khoảng cách đến các vật thể, tạo bản đồ độ sâu hoặc biểu diễn 3D của cảnh.

Thời của camera bay

So với các công nghệ cảm biến độ sâu khác như ánh sáng có cấu trúc hoặc tầm nhìn âm thanh nổi, camera ToF mang lại một số lợi thế. Chúng cung cấp thông tin chuyên sâu theo thời gian thực, có thiết kế tương đối đơn giản và có thể hoạt động trong nhiều điều kiện ánh sáng khác nhau. Máy ảnh ToF cũng nhỏ gọn và có thể được tích hợp vào các thiết bị nhỏ hơn như điện thoại thông minh, máy tính bảng và thiết bị đeo.

Ứng dụng của camera ToF rất đa dạng. Trong thực tế tăng cường, camera ToF có thể phát hiện chính xác độ sâu của vật thể và cải thiện tính chân thực của vật thể ảo được đặt trong thế giới thực. Trong chế tạo robot, chúng cho phép robot nhận biết môi trường xung quanh và điều hướng chướng ngại vật hiệu quả hơn. Khi quét 3D, camera ToF có thể nhanh chóng chụp được hình dạng của vật thể hoặc môi trường cho nhiều mục đích khác nhau như thực tế ảo, chơi game hoặc in 3D. Chúng cũng được sử dụng trong các ứng dụng sinh trắc học, chẳng hạn như nhận dạng khuôn mặt hoặc nhận dạng cử chỉ tay.

二、Thành phần thời gian của camera bay

Camera thời gian bay (ToF)bao gồm một số thành phần chính hoạt động cùng nhau để cho phép đo độ sâu và đo khoảng cách. Các thành phần cụ thể có thể khác nhau tùy thuộc vào thiết kế và nhà sản xuất, nhưng đây là các thành phần cơ bản thường thấy trong hệ thống camera ToF:

Nguồn sáng:

Camera ToF sử dụng nguồn sáng để phát ra tín hiệu ánh sáng, thường ở dạng ánh sáng hồng ngoại (IR). Nguồn sáng có thể là đèn LED (Điốt phát sáng) hoặc điốt laser, tùy thuộc vào thiết kế của máy ảnh. Ánh sáng phát ra sẽ truyền về phía các vật thể trong cảnh.

Quang học:

Một thấu kính tập hợp ánh sáng phản xạ và ghi ảnh môi trường vào cảm biến hình ảnh (mảng tiêu cự). Bộ lọc thông dải quang học chỉ truyền ánh sáng có cùng bước sóng với bộ phận chiếu sáng. Điều này giúp ngăn chặn ánh sáng không phù hợp và giảm tiếng ồn.

Cảm biến hình ảnh:

Đây là trái tim của máy ảnh TOF. Mỗi pixel đo thời gian ánh sáng di chuyển từ bộ chiếu sáng (laser hoặc đèn LED) đến vật thể và quay trở lại mảng mặt phẳng tiêu điểm.

Mạch thời gian:

Để đo thời gian bay một cách chính xác, máy ảnh cần có mạch đo thời gian chính xác. Mạch này kiểm soát sự phát ra tín hiệu ánh sáng và phát hiện thời gian cần thiết để ánh sáng truyền đến các vật thể và quay trở lại máy ảnh. Nó đồng bộ hóa quá trình phát xạ và phát hiện để đảm bảo đo khoảng cách chính xác.

Điều chế:

Một sốCamera ToFkết hợp các kỹ thuật điều chế để cải thiện độ chính xác và độ tin cậy của các phép đo khoảng cách. Những camera này điều chỉnh tín hiệu ánh sáng phát ra theo một mẫu hoặc tần số cụ thể. Việc điều chế giúp phân biệt ánh sáng phát ra với các nguồn sáng xung quanh khác và nâng cao khả năng phân biệt giữa các vật thể khác nhau trong cảnh của máy ảnh.

Thuật toán tính toán độ sâu:

Để chuyển đổi các phép đo thời gian bay thành thông tin độ sâu, camera ToF sử dụng các thuật toán phức tạp. Các thuật toán này phân tích dữ liệu thời gian nhận được từ bộ tách sóng quang và tính toán khoảng cách giữa máy ảnh và các vật thể trong cảnh. Các thuật toán tính toán độ sâu thường liên quan đến việc bù các yếu tố như tốc độ truyền ánh sáng, thời gian phản hồi của cảm biến và nhiễu ánh sáng xung quanh.

Đầu ra dữ liệu độ sâu:

Sau khi thực hiện tính toán độ sâu, camera ToF sẽ cung cấp đầu ra dữ liệu độ sâu. Đầu ra này có thể ở dạng bản đồ độ sâu, đám mây điểm hoặc bản trình bày 3D của cảnh. Dữ liệu độ sâu có thể được các ứng dụng và hệ thống sử dụng để kích hoạt nhiều chức năng khác nhau như theo dõi đối tượng, thực tế tăng cường hoặc điều hướng bằng robot.

Điều quan trọng cần lưu ý là cách triển khai cụ thể và các thành phần của camera ToF có thể khác nhau giữa các nhà sản xuất và kiểu máy khác nhau. Những tiến bộ trong công nghệ có thể giới thiệu các tính năng và cải tiến bổ sung để cải thiện hiệu suất và khả năng của hệ thống camera ToF.

三、Ứng dụng

Ứng dụng ô tô

Máy ảnh thời gian bayđược sử dụng trong các chức năng hỗ trợ và an toàn cho các ứng dụng ô tô tiên tiến như an toàn chủ động cho người đi bộ, phát hiện trước va chạm và các ứng dụng trong nhà như phát hiện ngoài vị trí (OOP).

Ứng dụng của camera ToF

Giao diện người-máy và chơi game

As máy ảnh thời gian baycung cấp hình ảnh khoảng cách theo thời gian thực, dễ dàng theo dõi chuyển động của con người. Điều này cho phép tương tác mới với các thiết bị tiêu dùng như TV. Một chủ đề khác là sử dụng loại máy ảnh này để tương tác với các trò chơi trên bảng điều khiển trò chơi điện tử. Cảm biến Kinect thế hệ thứ hai ban đầu đi kèm với bảng điều khiển Xbox One đã sử dụng máy ảnh thời gian bay để chụp ảnh phạm vi, cho phép giao diện người dùng và chơi game tự nhiên các ứng dụng sử dụng kỹ thuật nhận dạng cử chỉ và thị giác máy tính.

Creative và Intel cũng cung cấp một loại máy ảnh thời gian hoạt động bằng cử chỉ tương tác tương tự để chơi game, Senz3D dựa trên máy ảnh DepthSense 325 của Softkinetic. Infineon và PMD Technologies cho phép camera độ sâu 3D tích hợp cực nhỏ để điều khiển bằng cử chỉ ở cự ly gần đối với các thiết bị tiêu dùng như PC và máy tính xách tay tất cả trong một (máy ảnh Picco flexx và Picco monstar).

Ứng dụng của camera ToF trong game

Máy ảnh điện thoại thông minh

Một số điện thoại thông minh có camera thời gian bay. Chúng chủ yếu được sử dụng để cải thiện chất lượng ảnh bằng cách cung cấp cho phần mềm máy ảnh thông tin về tiền cảnh và hậu cảnh. Điện thoại di động đầu tiên sử dụng công nghệ này là LG G3, ra mắt vào đầu năm 2014.

Ứng dụng camera ToF trên điện thoại di động

Đo lường và thị giác máy

Các ứng dụng khác là các nhiệm vụ đo lường, ví dụ như đo chiều cao trong silo. Trong thị giác máy công nghiệp, camera thời gian bay giúp phân loại và định vị các vật thể để robot sử dụng, chẳng hạn như các vật phẩm đi qua trên băng tải. Bộ điều khiển cửa có thể phân biệt dễ dàng giữa động vật và con người khi đến cửa.

Người máy

Một ứng dụng khác của những chiếc máy ảnh này là lĩnh vực robot: Robot di động có thể xây dựng bản đồ xung quanh rất nhanh, cho phép chúng tránh chướng ngại vật hoặc đi theo người dẫn đầu. Vì việc tính toán khoảng cách rất đơn giản nên chỉ sử dụng ít sức mạnh tính toán. Vì những camera này cũng có thể được sử dụng để đo khoảng cách, nên các đội tham gia Cuộc thi Robotics FIRST đã biết sử dụng các thiết bị này cho các hoạt động tự động hóa.

địa hình trái đất

Camera ToFđã được sử dụng để thu được các mô hình độ cao kỹ thuật số của địa hình bề mặt Trái đất, cho các nghiên cứu về địa mạo.

Ứng dụng camera ToF trong địa mạo