Mik azok a repülési időt mérő kamerák?

A repülési idő (ToF) kamerák egyfajta mélységérzékelő technológia, amely a kamera és a jelenetben lévő tárgyak közötti távolságot méri azáltal, hogy felhasználja azt az időt, amely alatt a fény eljut a tárgyakhoz és vissza a kamerához. Ezeket gyakran használják különféle alkalmazásokban, például kiterjesztett valóságban, robotikában, 3D szkennelésben, gesztusfelismerésben és egyebekben.

ToF kamerákúgy működnek, hogy fényjelet, jellemzően infravörös fényt bocsátanak ki, és mérik azt az időt, amely alatt a jel visszaverődik, miután eltalálta a jelenetben lévő tárgyakat. Ezt az időmérést ezután felhasználják a tárgyak távolságának kiszámítására, mélységtérkép vagy a jelenet 3D-s ábrázolásának létrehozására.

A repülőkamerák ideje

Más mélységérzékelő technológiákhoz, mint például a strukturált fény vagy a sztereó látás, képest a ToF kamerák számos előnnyel rendelkeznek. Valós idejű mélységinformációkat nyújtanak, viszonylag egyszerű kialakításúak, és különböző fényviszonyok között működnek. A ToF kamerák kompaktak is, és kisebb eszközökbe, például okostelefonokba, táblagépekbe és viselhető eszközökbe integrálhatók.

A ToF kamerák alkalmazásai sokrétűek. A kiterjesztett valóságban a ToF kamerák pontosan képesek érzékelni a tárgyak mélységét, és javítani a valós világban elhelyezett virtuális tárgyak realizmusát. A robotikában lehetővé teszik a robotok számára, hogy érzékeljék a környezetüket, és hatékonyabban navigáljanak az akadályok között. A 3D szkennelésben a ToF kamerák gyorsan képesek rögzíteni a tárgyak vagy környezetek geometriáját különféle célokra, például virtuális valóságban, játékokban vagy 3D nyomtatásban. Biometrikus alkalmazásokban is használják őket, például arcfelismerésben vagy kézmozdulatok felismerésében.

二,A repülési kamerák idejének összetevői

Repülési idő (ToF) kameráktöbb kulcsfontosságú komponensből állnak, amelyek együttesen teszik lehetővé a mélységérzékelést és a távolságmérést. Az egyes komponensek a kialakítástól és a gyártótól függően változhatnak, de itt vannak a ToF kamerarendszerekben jellemzően található alapvető elemek:

Fényforrás:

A ToF kamerák fényforrást használnak fényjelek kibocsátására, általában infravörös (IR) fény formájában. A fényforrás lehet LED (fénykibocsátó dióda) vagy lézerdióda, a kamera kialakításától függően. A kibocsátott fény a jelenetben lévő tárgyak felé halad.

Optika:

Egy lencse összegyűjti a visszavert fényt, és a környezetet a képérzékelőre (fókuszsík-tömbre) vetíti. Egy optikai sáváteresztő szűrő csak a megvilágító egység hullámhosszával megegyező fényt enged át. Ez segít elnyomni a nem releváns fényt és csökkenti a zajt.

Képérzékelő:

Ez a TOF kamera lelke. Minden pixel méri azt az időt, amely alatt a fény eljut a megvilágító egységtől (lézer vagy LED) a tárgyig, majd vissza a fókuszsík-tömbbe.

Időzítő áramkör:

A repülési idő pontos méréséhez a kamerának precíz időzítő áramkörre van szüksége. Ez az áramkör szabályozza a fényjel kibocsátását, és érzékeli azt az időt, amely alatt a fény eljut a tárgyakhoz, majd visszatér a kamerába. Szinkronizálja az emissziós és detektálási folyamatokat a pontos távolságmérés biztosítása érdekében.

Moduláció:

NéhányToF kamerákmodulációs technikákat alkalmaznak a távolságmérések pontosságának és megbízhatóságának javítása érdekében. Ezek a kamerák egy meghatározott mintázattal vagy frekvenciával modulálják a kibocsátott fényjelet. A moduláció segít megkülönböztetni a kibocsátott fényt más környezeti fényforrásoktól, és javítja a kamera azon képességét, hogy megkülönböztesse a jelenet különböző objektumait.

Mélységszámítási algoritmus:

A repülési idő méréseinek mélységinformációkká alakításához a ToF kamerák kifinomult algoritmusokat használnak. Ezek az algoritmusok elemzik a fotodetektortól kapott időzítési adatokat, és kiszámítják a kamera és a jelenetben lévő objektumok közötti távolságot. A mélységszámító algoritmusok gyakran olyan tényezők kompenzálását is magukban foglalják, mint a fény terjedési sebessége, az érzékelő válaszideje és a környezeti fény interferenciája.

Mélységadatok kimenete:

A mélységszámítás elvégzése után a ToF kamera mélységadatokat szolgáltat. Ez a kimenet lehet mélységtérkép, pontfelhő vagy a jelenet 3D-s ábrázolása. A mélységadatokat alkalmazások és rendszerek felhasználhatják különféle funkciók, például objektumkövetés, kiterjesztett valóság vagy robotnavigáció engedélyezéséhez.

Fontos megjegyezni, hogy a ToF kamerák konkrét megvalósítása és összetevői gyártónként és modellenként eltérőek lehetnek. A technológiai fejlődés további funkciókat és fejlesztéseket vezethet be a ToF kamerarendszerek teljesítményének és képességeinek javítása érdekében.

三、Alkalmazások

Autóipari alkalmazások

Repülési idő kamerákfejlett autóipari alkalmazások, például az aktív gyalogosbiztonság, az ütközés előtti észlelés és a beltéri alkalmazások, például a pozíción kívüli helyzet (OOP) észlelése asszisztens és biztonsági funkcióiban használatosak.

ToF kamerák alkalmazása

Ember-gép interfészek és játékok

As repülési idő kamerákvalós idejű távolsági képeket biztosít, könnyen követhetővé téve az emberek mozgását. Ez új interakciókat tesz lehetővé a fogyasztói eszközökkel, például a televíziókkal. Egy másik téma az ilyen típusú kamerák használata a videojáték-konzolokon futó játékokkal való interakcióhoz. Az eredetileg az Xbox One konzolhoz mellékelt második generációs Kinect érzékelő repülési időkamerát használt a távolsági képalkotáshoz, lehetővé téve a természetes felhasználói felületeket és a játékalkalmazásokat számítógépes látás és gesztusfelismerő technikák segítségével.

A Creative és az Intel is kínál hasonló típusú interaktív, gesztusérzékelős időkamerát játékokhoz, a Softkinetic DepthSense 325 kameráján alapuló Senz3D-t. Az Infineon és a PMD Technologies apró, integrált 3D mélységkamerákat tesz lehetővé a fogyasztói eszközök, például az all-in-one PC-k és laptopok közeli gesztusvezérléséhez (Picco flexx és Picco monstar kamerák).

ToF kamerák alkalmazása játékokban

Okostelefon kamerák

Számos okostelefon tartalmaz repülési időt mérő kamerát. Ezeket elsősorban a fényképek minőségének javítására használják azáltal, hogy információkat szolgáltatnak a kamera szoftverének az előtérről és a háttérről. Az első mobiltelefon, amely ilyen technológiát alkalmazott, az LG G3 volt, amely 2014 elején jelent meg.

ToF kamerák alkalmazása mobiltelefonokban

Mérés és gépi látás

További alkalmazások a mérési feladatok, pl. silók töltési magasságának mérése. Az ipari gépi látásban a repülési időkamera segít a robotok által használt tárgyak, például a szállítószalagon elhaladó tárgyak osztályozásában és megtalálásában. Az ajtóvezérlők könnyen megkülönböztetik az ajtóhoz közeledő állatokat és embereket.

Robotika

Ezen kamerák egy másik felhasználási területe a robotika: a mobil robotok nagyon gyorsan képesek felépíteni egy térképet a környezetükről, lehetővé téve számukra, hogy elkerüljék az akadályokat, vagy kövessék a vezetőjüket. Mivel a távolságszámítás egyszerű, csak kevés számítási teljesítményt igényel. Mivel ezek a kamerák távolságmérésre is használhatók, a FIRST Robotics Competition csapatairól köztudott, hogy autonóm gyakorlatokhoz használják ezeket az eszközöket.

Föld domborzata

ToF kamerákhasználták őket a Föld felszíni topográfiájának digitális magasságmodelljeinek előállítására geomorfológiai vizsgálatokhoz.

ToF kamerák alkalmazása a geomorfológiában