Ĉu, kio estas la flugtempo de fotiloj?

Fotiloj kun tempo-de-flugo (ToF) estas speco de profundo-sentanta teknologio, kiu mezuras la distancon inter la fotilo kaj objektoj en la sceno uzante la tempon necesan por ke lumo vojaĝu al la objektoj kaj reen al la fotilo. Ili estas ofte uzataj en diversaj aplikoj kiel pliigita realeco, robotiko, 3D-skanado, gestorekono, kaj pli.

ToF-fotilojfunkcias per elsendo de lumsignalo, tipe infraruĝa lumo, kaj mezurado de la tempo necesa por ke la signalo resaltu post trafado de objektoj en la sceno. Ĉi tiu tempomezurado estas poste uzata por kalkuli la distancon al la objektoj, kreante profundmapon aŭ 3D-reprezentaĵon de la sceno.

La flugtempo de fotiloj

Kompare kun aliaj profund-sentaj teknologioj kiel strukturita lumo aŭ sterea vidado, ToF-fotiloj ofertas plurajn avantaĝojn. Ili provizas realtempajn profundinformojn, havas relative simplan dezajnon kaj povas funkcii en diversaj lumkondiĉoj. ToF-fotiloj ankaŭ estas kompaktaj kaj povas esti integritaj en pli malgrandajn aparatojn kiel inteligentaj telefonoj, tabulkomputiloj kaj porteblaj aparatoj.

La aplikoj de ToF-fotiloj estas diversaj. En pliigita realeco, ToF-fotiloj povas precize detekti la profundon de objektoj kaj plibonigi la realismon de virtualaj objektoj metitaj en la reala mondo. En robotiko, ili ebligas al robotoj percepti sian ĉirkaŭaĵon kaj pli efike navigi obstaklojn. En 3D-skanado, ToF-fotiloj povas rapide kapti la geometrion de objektoj aŭ medioj por diversaj celoj kiel virtuala realeco, videoludado aŭ 3D-presado. Ili ankaŭ estas uzataj en biometriaj aplikoj, kiel vizaĝrekono aŭ mangestrekono.

二、Komponantoj de tempo-de-flugo-fotiloj

Fotiloj kun tempo-de-flugo (ToF)konsistas el pluraj ŝlosilaj komponantoj, kiuj kune funkcias por ebligi profundsentadon kaj distancmezuradon. La specifaj komponantoj povas varii depende de la dezajno kaj fabrikanto, sed jen la fundamentaj elementoj tipe troveblaj en ToF-fotilsistemoj:

Lumfonto:

ToF-fotiloj uzas lumfonton por elsendi lumsignalon, kutime en la formo de infraruĝa (IR) lumo. La lumfonto povas esti LED (Lum-Eliganta Diodo) aŭ laserdiodo, depende de la dezajno de la fotilo. La elsendita lumo vojaĝas al la objektoj en la sceno.

Optiko:

Lenso kolektas la reflektitan lumon kaj bildigas la ĉirkaŭaĵon sur la bildsensilon (fokusa ebena aro). Optika bend-pasa filtrilo nur pasas la lumon kun la sama ondolongo kiel la lumigilo. Tio helpas subpremi netrafan lumon kaj redukti bruon.

Bildsensilo:

Ĉi tio estas la koro de la TOF-fotilo. Ĉiu pikselo mezuras la tempon, kiun la lumo bezonis por vojaĝi de la lumiga unuo (lasero aŭ LED) al la objekto kaj reen al la fokusa ebena aro.

Tempiga Cirkvito:

Por precize mezuri la flugtempon, la fotilo bezonas precizan tempigan cirkviton. Ĉi tiu cirkvito kontrolas la elsendon de la lumsignalo kaj detektas la tempon necesan por ke la lumo vojaĝu al la objektoj kaj revenu al la fotilo. Ĝi sinkronigas la elsendajn kaj detektajn procezojn por certigi precizajn distancmezuradojn.

Modulado:

KelkajToF-fotilojenkorpigi modulajn teknikojn por plibonigi la precizecon kaj fortikecon de distancmezuradoj. Ĉi tiuj fotiloj modulas la elsenditan lumsignalon per specifa ŝablono aŭ frekvenco. La modulado helpas distingi la elsenditan lumon de aliaj ĉirkaŭaj lumfontoj kaj plibonigas la kapablon de la fotilo diferencigi inter malsamaj objektoj en la sceno.

Profundkalkula Algoritmo:

Por konverti la mezuradojn de la tempo-de-flugo en profundinformojn, ToF-fotiloj uzas sofistikajn algoritmojn. Ĉi tiuj algoritmoj analizas la tempodatenojn ricevitajn de la fotodetektilo kaj kalkulas la distancon inter la fotilo kaj la objektoj en la sceno. La profundkalkulaj algoritmoj ofte implikas kompenson por faktoroj kiel lumdisvastiĝrapido, sensilorespondotempo kaj ĉirkaŭa luminterfero.

Eligo de Profundo-Datumoj:

Post kiam la kalkulo de profundo estas farita, la ToF-fotilo liveras profunddatumojn. Ĉi tiuj rezultoj povas esti en la formo de profundmapo, punktonubo, aŭ 3D-reprezentado de la sceno. La profunddatumoj povas esti uzataj de aplikoj kaj sistemoj por ebligi diversajn funkciojn kiel objektospurado, pliigita realeco, aŭ robota navigado.

Gravas noti, ke la specifa efektivigo kaj komponantoj de ToF-fotiloj povas varii laŭ malsamaj fabrikantoj kaj modeloj. Teknologiaj progresoj povas enkonduki pliajn funkciojn kaj plibonigojn por plibonigi la rendimenton kaj kapablojn de ToF-fotilaj sistemoj.

三、Aplikoj

Aŭtomobilaj aplikoj

Fotiloj kun tempo de flugoestas uzataj en asistado kaj sekurecaj funkcioj por progresintaj aŭtaj aplikoj kiel aktiva piedirantsekureco, antaŭkraŝa detekto kaj endomaj aplikoj kiel eksterpozicio (OOP) detekto.

La apliko de ToF-fotiloj

Hom-maŝinaj interfacoj kaj videoludado

As tempo-de-flugfotilojprovizante distancajn bildojn en reala tempo, estas facile spuri movojn de homoj. Ĉi tio ebligas novajn interagojn kun konsumantaj aparatoj kiel ekzemple televidiloj. Alia temo estas uzi ĉi tiun tipon de fotiloj por interagi kun ludoj en videoludkonzoloj. La duageneracia Kinect-sensilo origine inkludita kun la Xbox One-konzolo uzis tempo-de-flugfotilon por sia distanca bildigo, ebligante naturajn uzantinterfacojn kaj ludajn aplikojn uzante komputilan vidon kaj gestrekonajn teknikojn.

Creative kaj Intel ankaŭ provizas similan tipon de interaga gesta tempo-de-flugo-fotilo por videoludado, la Senz3D bazita sur la DepthSense 325-fotilo de Softkinetic. Infineon kaj PMD Technologies ebligas malgrandajn integrajn 3D-profundajn fotilojn por proksim-distanca gesta kontrolo de konsumantaj aparatoj kiel multfunkciaj komputiloj kaj tekokomputiloj (Picco flexx kaj Picco monstar-fotiloj).

La apliko de ToF-fotiloj en ludoj

Telefonaj fotiloj

Pluraj inteligentaj telefonoj inkluzivas fotilojn kun tempo-de-flugo. Ĉi tiuj estas ĉefe uzataj por plibonigi la kvaliton de fotoj provizante al la fotila programaro informojn pri malfono kaj fono. La unua poŝtelefono kiu uzis tian teknologion estis la LG G3, lanĉita komence de 2014.

La apliko de ToF-fotiloj en poŝtelefonoj

Mezurado kaj maŝinvido

Aliaj aplikoj estas mezurtaskoj, ekz. por la pleniĝalto en siloj. En industria maŝinvido, la tempo-de-flugfotilo helpas klasifiki kaj lokalizi objektojn por uzo fare de robotoj, kiel ekzemple objektojn preterpasantajn sur transportilo. Pordkontroliloj povas facile distingi inter bestoj kaj homoj atingantaj la pordon.

Robotiko

Alia uzo de ĉi tiuj fotiloj estas la kampo de robotiko: Moveblaj robotoj povas tre rapide konstrui mapon de sia ĉirkaŭaĵo, ebligante al ili eviti obstaklojn aŭ sekvi gvidantan personon. Ĉar la distanckalkulo estas simpla, nur malmulte da komputila povo estas uzata. Ĉar ĉi tiuj fotiloj ankaŭ povas esti uzataj por mezuri distancon, teamoj por FIRST Robotics Competition estas konataj pro uzado de la aparatoj por aŭtonomaj rutinoj.

Tera topografio

ToF-fotilojestis uzitaj por akiri ciferecajn altecmodelojn de la surfaca topografio de la Tero, por studoj en geomorfologio.

La apliko de ToF-fotiloj en geomorfologio