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, đo khoảng cách giữa máy ảnh và các vật thể trong cảnh bằng cách sử dụng thời gian để ánh sáng đi đến các vật thể và quay lại máy ảnh. Chúng thường được sử dụng trong các ứng dụng khác nhau như thực tế tăng cường, robot, quét 3D, nhận dạng cử chỉ, v.v.

Máy ảnh TOFLàm việc bằng cách phát ra tín hiệu ánh sáng, thường là ánh sáng hồng ngoại và đo thời gian cần tín hiệu bật lại sau khi nhấn các vật thể trong cảnh. Việc đo thời gian này sau đó được sử dụng để tính khoảng cách đến các đối tượng, tạo bản đồ độ sâu hoặc biểu diễn 3D của cảnh.

Thời gian của máy ảnh bay

So với các công nghệ cảm biến độ sâu khác như ánh sáng có cấu trúc hoặc tầm nhìn âm thanh nổi, máy ảnh TOF cung cấp một số lợi thế. Họ cung cấp thông tin độ sâu thời gian thực, có thiết kế tương đối đơn giản và có thể hoạt động trong các 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.

Các ứng dụng của máy ảnh TOF rất đa dạng. Trong thực tế tăng cường, máy ảnh TOF có thể phát hiện chính xác độ sâu của các đối tượng và cải thiện tính hiện thực của các đối tượng ảo được đặt trong thế giới thực. Trong robot, chúng cho phép robot nhận thức được môi trường xung quanh và điều hướng các chướng ngại vật hiệu quả hơn. Trong quét 3D, máy ảnh TOF có thể nhanh chóng chụp hình dạng của các đối tượng hoặc môi trường cho các 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、Các thành phần của thời gian của máy ảnh bay

Máy ảnh thời gian bay (TOF)Bao gồm một số thành phần chính phối hợp với nhau để cho phép đo độ sâu và đo khoảng cách. Các thành phần cụ thể có thể thay đổi tùy thuộc vào thiết kế và nhà sản xuất, nhưng đây là các yếu tố cơ bản thường được tìm thấy trong các hệ thống camera TOF:

Nguồn sáng:

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

Quang học:

Một ống kính thu thập ánh sáng phản xạ và hình ảnh môi trường lên cảm biến hình ảnh (mảng mặt phẳng tiêu cự). Một bộ lọc thông dải quang chỉ truyền ánh sáng có cùng bước sóng với bộ phận chiếu sáng. Điều này giúp ngăn chặn ánh sáng không thích hợp và giảm tiếng ồn.

Cảm biến hình ảnh:

Đây là trái tim của máy ảnh TOF. Mỗi pixel đo thời gian ánh sáng đã đi từ bộ phận chiếu sáng (laser hoặc LED) đến vật thể và quay lại mảng mặt phẳng tiêu cự.

Mạch thời gian:

Để đo chính xác thời gian bay, máy ảnh cần mạch thời gian chính xác. Mạch này điều khiển sự phát xạ của tín hiệu ánh sáng và phát hiện thời gian để ánh sáng di chuyển đến các vật thể và quay lại máy ảnh. Nó đồng bộ hóa các quá trình phát xạ và phát hiện để đảm bảo các phép đo khoảng cách chính xác.

Điều hòa:

Một sốMáy ảnh TOFKết hợp các kỹ thuật điều chế để cải thiện độ chính xác và mạnh mẽ của các phép đo khoảng cách. Các camera này điều chỉnh tín hiệu ánh sáng phát ra với một mẫu hoặc tần số cụ thể. Điều chế giúp phân biệt ánh sáng phát ra với các nguồn ánh sáng xung quanh khác và tăng cường khả năng của máy ảnh để phân biệt giữa các đối tượng khác nhau trong cảnh.

Thuật toán tính toán độ sâu:

Để chuyển đổi các phép đo thời gian bay thành thông tin độ sâu, máy ảnh TOF sử dụng các thuật toán tinh vi. Các thuật toán này phân tích dữ liệu thời gian nhận được từ bộ quang điện tử và tính khoảng cách giữa máy ảnh và các đối tượng trong cảnh. Các thuật toán tính toán độ sâu thường liên quan đến việc bù cho các yếu tố như tốc độ lan truyền ánh sáng, thời gian phản ứng cảm biến và nhiễu ánh sáng xung quanh.

Đầu ra dữ liệu độ sâu:

Khi tính toán độ sâu được thực hiện, camera TOF cung cấp đầu ra dữ liệu độ sâu. Đầu ra này có thể ở dạng bản đồ độ sâu, đám mây điểm hoặc biểu diễn 3D của cảnh. Dữ liệu độ sâu có thể được sử dụng bởi các ứng dụng và hệ thống để cho phép các chức năng khác nhau như theo dõi đối tượng, thực tế tăng cường hoặc điều hướng robot.

Điều quan trọng cần lưu ý là việc triển khai cụ thể và các thành phần của máy ảnh TOF có thể khác nhau giữa các nhà sản xuất và mô hình 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.

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 cho người đi bộ hoạt động, phát hiện tiền lệ và các ứng dụng trong nhà như phát hiện ngoài vị trí (OOP).

Ứng dụng máy ảnh TOF

Giao diện và chơi game-máy của con người

As Máy ảnh thời gian bayCung cấp hình ảnh khoảng cách trong thời gian thực, thật dễ dàng để theo dõi các chuyển động của con người. Điều này cho phép các tương tác mới với các thiết bị tiêu dùng như tivi. Một chủ đề khác là sử dụng loại máy ảnh này để tương tác với các trò chơi trên bảng điều khiển trò chơi video. Cảm biến Kinect thế hệ thứ hai ban đầu được bao gồm với bảng điều khiển Xbox One đã sử dụng camera thời gian bay cho hình ảnh phạm vi của nó, cho phép giao diện người dùng tự nhiên và chơi game Các ứng dụng sử dụng các kỹ thuật nhận dạng của Tầm nhìn và Tầm nhìn máy tính.

Creative và Intel cũng cung cấp một loại máy ảnh thời gian bay tương tác tương tự để chơi game, senz3d dựa trên máy ảnh độ sâu 325 của SoftKinetic. Các công nghệ Infineon và PMD cho phép các camera độ sâu 3D tích hợp nhỏ để điều khiển cử chỉ tầm gần của các thiết bị tiêu dùng như PC và máy tính xách tay tất cả trong một (Picco FlexX và Picco Monstar Camera).

Ứng dụng máy ảnh TOF trong trò chơi

Máy ảnh điện thoại thông minh

Một số điện thoại thông minh bao gồm máy ảnh thời gian bay. Chúng chủ yếu được sử dụng để cải thiện chất lượng của ảnh bằng cách cung cấp cho phần mềm máy ảnh thông tin về tiền cảnh và nền. Điện thoại di động đầu tiên sử dụng công nghệ như vậy là LG G3, được phát hành vào đầu năm 2014.

Ứng dụng máy ảnh TOF trong điện thoại di động

Đo lường và tầm nhìn máy

Các ứng dụng khác là các nhiệm vụ đo lường, ví dụ như chiều cao lấp đầy trong silo. Trong tầm nhìn máy công nghiệp, máy ảnh thời gian bay giúp phân loại và xác định vị trí các đối tượng để sử dụng bởi robot, chẳng hạn như các vật phẩm đi qua trên băng tải. Kiểm soát cửa có thể phân biệt dễ dàng giữa động vật và con người đến cửa.

Robotics

Một cách sử dụng khác của các máy ảnh này là lĩnh vực robot: robot di động có thể xây dựng một bản đồ môi trường xung quanh rất nhanh, cho phép chúng tránh chướng ngại vật hoặc theo một người hàng đầu. Vì tính toán khoảng cách là đơn giản, chỉ có ít công suất tính toán được sử dụng. Vì các máy ảnh này cũng có thể được sử dụng để đo khoảng cách, các nhóm cho cuộc thi robot đầu tiên đã được biết là sử dụng các thiết bị cho các thói quen tự trị.

Địa hình trái đất

Máy ảnh TOFđã được sử dụng để có được các mô hình độ cao kỹ thuật số của địa hình bề mặt Trái đất, cho các nghiên cứu về địa mạo.

Việc áp dụng máy ảnh TOF trong địa mạo