En, Wat is vlugtydkameras?

Vlugtydkameras (ToF) is 'n tipe dieptewaarnemingstegnologie wat die afstand tussen die kamera en voorwerpe in die toneel meet deur die tyd te gebruik wat dit neem vir lig om na die voorwerpe en terug na die kamera te reis. Hulle word algemeen in verskeie toepassings gebruik, soos aangevulde realiteit, robotika, 3D-skandering, gebaarherkenning en meer.

ToF-kameraswerk deur 'n ligsein, tipies infrarooi lig, uit te stuur en die tyd te meet wat dit neem vir die sein om terug te bons nadat dit voorwerpe in die toneel getref het. Hierdie tydmeting word dan gebruik om die afstand na die voorwerpe te bereken, wat 'n dieptekaart of 'n 3D-voorstelling van die toneel skep.

Die tyd van vlugkameras

In vergelyking met ander diepte-waarnemingstegnologieë soos gestruktureerde lig of stereovisie, bied ToF-kameras verskeie voordele. Hulle verskaf intydse diepte-inligting, het 'n relatief eenvoudige ontwerp en kan in verskillende ligtoestande werk. ToF-kameras is ook kompak en kan in kleiner toestelle soos slimfone, tablette en draagbare toestelle geïntegreer word.

Die toepassings van ToF-kameras is uiteenlopend. In toegevoegde realiteit kan ToF-kameras die diepte van voorwerpe akkuraat opspoor en die realisme van virtuele voorwerpe wat in die werklike wêreld geplaas word, verbeter. In robotika stel hulle robotte in staat om hul omgewing waar te neem en hindernisse meer effektief te navigeer. In 3D-skandering kan ToF-kameras vinnig die geometrie van voorwerpe of omgewings vaslê vir verskeie doeleindes soos virtuele realiteit, speletjies of 3D-drukwerk. Hulle word ook gebruik in biometriese toepassings, soos gesigsherkenning of handgebaarherkenning.

二,Komponente van vlugtydkameras

Vlugtyd (ToF) kamerasbestaan ​​uit verskeie sleutelkomponente wat saamwerk om dieptewaarneming en afstandmeting moontlik te maak. Die spesifieke komponente kan wissel na gelang van die ontwerp en vervaardiger, maar hier is die fundamentele elemente wat tipies in ToF-kamerastelsels voorkom:

Ligbron:

ToF-kameras gebruik 'n ligbron om 'n ligsein uit te straal, gewoonlik in die vorm van infrarooi (IR) lig. Die ligbron kan 'n LED (Light-Emitting Diode) of 'n laserdiode wees, afhangende van die kamera se ontwerp. Die uitgestraalde lig beweeg na die voorwerpe in die toneel.

Optika:

'n Lens versamel die gereflekteerde lig en beeld die omgewing op die beeldsensor (fokusvlakskikking) af. 'n Optiese banddeurlaatfilter laat slegs die lig met dieselfde golflengte as die beligtingseenheid deur. Dit help om nie-relevante lig te onderdruk en geraas te verminder.

Beeldsensor:

Dit is die hart van die TOF-kamera. Elke pixel meet die tyd wat die lig neem om van die beligtingseenheid (laser of LED) na die voorwerp en terug na die fokusvlakskikking te beweeg.

Tydsberekeningskringe:

Om die vlugtyd akkuraat te meet, benodig die kamera presiese tydsberekeningskringe. Hierdie kringe beheer die uitstraling van die ligsein en bespeur die tyd wat dit neem vir die lig om na die voorwerpe te reis en na die kamera terug te keer. Dit sinchroniseer die uitstraling- en deteksieprosesse om akkurate afstandmetings te verseker.

Modulasie:

SommigeToF-kamerasgebruik modulasietegnieke om die akkuraatheid en robuustheid van afstandmetings te verbeter. Hierdie kameras moduleer die uitgestraalde ligsein met 'n spesifieke patroon of frekwensie. Die modulasie help om die uitgestraalde lig van ander omgewingsligbronne te onderskei en verbeter die kamera se vermoë om tussen verskillende voorwerpe in die toneel te onderskei.

Diepteberekeningsalgoritme:

Om die vlugtydmetings in diepte-inligting om te skakel, gebruik ToF-kameras gesofistikeerde algoritmes. Hierdie algoritmes analiseer die tydsdata wat van die fotodetektor ontvang word en bereken die afstand tussen die kamera en die voorwerpe in die toneel. Die diepteberekeningsalgoritmes behels dikwels die kompensasie vir faktore soos ligvoortplantingspoed, sensorresponstyd en omgewingsliginterferensie.

Dieptedata-uitvoer:

Sodra die diepteberekening uitgevoer is, verskaf die ToF-kamera dieptedata-uitvoer. Hierdie uitvoer kan die vorm aanneem van 'n dieptekaart, 'n puntwolk of 'n 3D-voorstelling van die toneel. Die dieptedata kan deur toepassings en stelsels gebruik word om verskeie funksies soos objekopsporing, toegevoegde realiteit of robotnavigasie moontlik te maak.

Dit is belangrik om daarop te let dat die spesifieke implementering en komponente van ToF-kameras tussen verskillende vervaardigers en modelle kan verskil. Tegnologiese vooruitgang kan bykomende kenmerke en verbeterings meebring om die werkverrigting en vermoëns van ToF-kamerastelsels te verbeter.

三、 Toepassings

Motortoepassings

Vlugtydkamerasword gebruik in bystand- en veiligheidsfunksies vir gevorderde motortoepassings soos aktiewe voetgangerveiligheid, voorbotsingopsporing en binnenshuise toepassings soos buiteposisie-opsporing (OOP).

Die toepassing van ToF-kameras

Mens-masjien-koppelvlakke en speletjies

As vlugtydkamerasDeur afstandbeelde intyds te verskaf, is dit maklik om die bewegings van mense op te spoor. Dit maak nuwe interaksies met verbruikerstoestelle soos televisies moontlik. Nog 'n onderwerp is om hierdie tipe kameras te gebruik om met speletjies op videospeletjiekonsoles te kommunikeer. Die tweede generasie Kinect-sensor wat oorspronklik by die Xbox One-konsole ingesluit is, het 'n vlugtydkamera vir sy afstandbeelding gebruik, wat natuurlike gebruikerskoppelvlakke en speltoepassings moontlik gemaak het deur rekenaarvisie en gebaarherkenningstegnieke te gebruik.

Creative en Intel verskaf ook 'n soortgelyke tipe interaktiewe gebaar-tyd-van-vlug-kamera vir speletjies, die Senz3D gebaseer op die DepthSense 325-kamera van Softkinetic. Infineon en PMD Technologies maak klein geïntegreerde 3D-dieptekameras moontlik vir naby-afstand gebaarbeheer van verbruikerstoestelle soos alles-in-een-rekenaars en skootrekenaars (Picco flexx en Picco monstar-kameras).

Die toepassing van ToF-kameras in speletjies

Slimfoonkameras

Verskeie slimfone sluit vlugtydkameras in. Hierdie word hoofsaaklik gebruik om die kwaliteit van foto's te verbeter deur die kamerasagteware van inligting oor die voorgrond en agtergrond te voorsien. Die eerste selfoon wat sulke tegnologie gebruik het, was die LG G3, wat vroeg in 2014 vrygestel is.

Die toepassing van ToF-kameras in selfone

Meting en masjienvisie

Ander toepassings is meettake, bv. vir die vulhoogte in silo's. In industriële masjienvisie help die vlugtydkamera om voorwerpe te klassifiseer en op te spoor vir gebruik deur robotte, soos items wat op 'n vervoerband verbygaan. Deurbeheer kan maklik onderskei tussen diere en mense wat die deur bereik.

Robotika

Nog 'n gebruik van hierdie kameras is die veld van robotika: Mobiele robotte kan baie vinnig 'n kaart van hul omgewing opbou, wat hulle in staat stel om hindernisse te vermy of 'n leidende persoon te volg. Aangesien die afstandberekening eenvoudig is, word slegs min berekeningskrag gebruik. Aangesien hierdie kameras ook gebruik kan word om afstand te meet, is spanne vir die FIRST Robotics-kompetisie bekend daarvoor dat hulle die toestelle vir outonome roetines gebruik.

Aardtopografie

ToF-kamerasis gebruik om digitale hoogtemodelle van die Aarde se oppervlaktopografie te verkry, vir studies in geomorfologie.

Die toepassing van ToF-kameras in geomorfologie