Kas yra skrydžio laiko kameros?

Skrydžio laiko (ToF) kameros yra gylio jutimo technologijos tipas, kuris matuoja atstumą tarp kameros ir objektų scenoje pagal laiką, per kurį šviesa keliauja iki objektų ir atgal į kamerą. Jos dažniausiai naudojamos įvairiose srityse, tokiose kaip papildytoji realybė, robotika, 3D skenavimas, gestų atpažinimas ir kt.

ToF kamerosveikia skleidžiant šviesos signalą, paprastai infraraudonųjų spindulių, ir matuojant laiką, per kurį signalas atsispindi nuo objektų scenoje. Šis laiko matavimas naudojamas atstumui iki objektų apskaičiuoti, sukuriant gylio žemėlapį arba 3D scenos vaizdą.

Skrydžio kamerų laikas

Palyginti su kitomis gylio jutimo technologijomis, tokiomis kaip struktūrizuota šviesa ar stereoskopinis matymas, ToF kameros turi keletą privalumų. Jos teikia gylio informaciją realiuoju laiku, yra gana paprastos konstrukcijos ir gali veikti esant įvairioms apšvietimo sąlygoms. ToF kameros taip pat yra kompaktiškos ir gali būti integruotos į mažesnius įrenginius, tokius kaip išmanieji telefonai, planšetiniai kompiuteriai ir nešiojamieji įrenginiai.

ToF kamerų taikymas yra įvairus. Papildytoje realybėje ToF kameros gali tiksliai aptikti objektų gylį ir pagerinti virtualių objektų, esančių realiame pasaulyje, realizmą. Robotikoje jos leidžia robotams suvokti aplinką ir efektyviau įveikti kliūtis. 3D skenavimo metu ToF kameros gali greitai užfiksuoti objektų ar aplinkos geometriją įvairiais tikslais, pavyzdžiui, virtualioje realybėje, žaidimuose ar 3D spausdinime. Jos taip pat naudojamos biometrinėse srityse, tokiose kaip veido atpažinimas ar rankų gestų atpažinimas.

二,Skrydžio kamerų laiko komponentai

Skrydžio laiko (ToF) kamerossusideda iš kelių pagrindinių komponentų, kurie veikia kartu, kad būtų galima nustatyti gylį ir atstumą. Konkretūs komponentai gali skirtis priklausomai nuo konstrukcijos ir gamintojo, tačiau čia pateikiami pagrindiniai elementai, paprastai randami ToF kamerų sistemose:

Šviesos šaltinis:

ToF kameros naudoja šviesos šaltinį, kuris skleidžia šviesos signalą, dažniausiai infraraudonųjų spindulių (IR) šviesos pavidalu. Šviesos šaltinis gali būti LED (šviesos diodas) arba lazerinis diodas, priklausomai nuo kameros konstrukcijos. Skleidžiama šviesa keliauja link objektų scenoje.

Optika:

Lęšis surenka atspindėtą šviesą ir vaizduoja aplinką ant vaizdo jutiklio (židinio plokštumos matricos). Optinis juostinis filtras praleidžia tik šviesą, kurios bangos ilgis toks pat kaip ir apšvietimo įrenginio. Tai padeda slopinti nereikalingą šviesą ir sumažinti triukšmą.

Vaizdo jutiklis:

Tai yra TOF kameros širdis. Kiekvienas pikselis matuoja laiką, per kurį šviesa keliauja iš apšvietimo įrenginio (lazerio arba LED) į objektą ir atgal į židinio plokštumos matricą.

Laiko grandinė:

Norint tiksliai išmatuoti šviesos sklidimo laiką, kamerai reikalinga tiksli laiko grandinė. Ši grandinė kontroliuoja šviesos signalo skleidimą ir nustato laiką, per kurį šviesa pasiekia objektus ir grįžta į kamerą. Ji sinchronizuoja skleidimo ir aptikimo procesus, kad būtų užtikrinti tikslūs atstumo matavimai.

Moduliacija:

Kai kurieToF kamerosįtraukia moduliacijos metodus, siekiant pagerinti atstumo matavimų tikslumą ir patikimumą. Šios kameros moduliuoja skleidžiamą šviesos signalą tam tikru modeliu arba dažniu. Moduliacija padeda atskirti skleidžiamą šviesą nuo kitų aplinkos šviesos šaltinių ir pagerina kameros gebėjimą atskirti skirtingus objektus scenoje.

Gylio skaičiavimo algoritmas:

Norint konvertuoti skrydžio laiko matavimus į gylio informaciją, ToF kameros naudoja sudėtingus algoritmus. Šie algoritmai analizuoja iš fotodetektoriaus gautus laiko duomenis ir apskaičiuoja atstumą tarp kameros ir objektų scenoje. Gylio skaičiavimo algoritmai dažnai apima tokių veiksnių kaip šviesos sklidimo greitis, jutiklio atsako laikas ir aplinkos šviesos trukdžiai kompensavimą.

Gylio duomenų išvestis:

Apskaičiavus gylį, ToF kamera pateikia gylio duomenų išvestį. Ši išvestis gali būti gylio žemėlapio, taškų debesies arba 3D scenos atvaizdavimo pavidalu. Gylio duomenis programos ir sistemos gali naudoti įvairioms funkcijoms, tokioms kaip objektų sekimas, papildyta realybė arba robotinė navigacija, įgalinti.

Svarbu atkreipti dėmesį, kad konkretus ToF kamerų įdiegimas ir komponentai gali skirtis priklausomai nuo gamintojo ir modelio. Tobulėjant technologijoms, gali atsirasti papildomų funkcijų ir patobulinimų, siekiant pagerinti ToF kamerų sistemų našumą ir galimybes.

三、Programos

Automobilių pritaikymas

Skrydžio laiko kamerosnaudojami pažangių automobilių sistemų pagalbos ir saugos funkcijose, tokiose kaip aktyvus pėsčiųjų saugumas, susidūrimo išvengimo aptikimas ir vidaus patalpų pritaikymas, pvz., automobilio padėties pasikeitimo (OOP) aptikimas.

ToF kamerų taikymas

Žmogaus ir mašinos sąsajos ir žaidimai

As skrydžio laiko kamerosKadangi jie teikia nuotolinius vaizdus realiuoju laiku, lengva sekti žmonių judesius. Tai leidžia naudoti naujas sąveikas su vartotojų įrenginiais, tokiais kaip televizoriai. Kita tema – naudoti tokio tipo kameras sąveikai su žaidimais vaizdo žaidimų konsolėse. Antros kartos „Kinect“ jutiklis, kuris iš pradžių buvo įtrauktas į „Xbox One“ konsolę, naudojo skrydžio laiko kamerą nuotoliniam vaizdavimui, įgalindamas natūralias vartotojo sąsajas ir žaidimų programas, naudojant kompiuterinio matymo ir gestų atpažinimo technologijas.

„Creative“ ir „Intel“ taip pat siūlo panašaus tipo interaktyvią gestų skrydžio laiko kamerą žaidimams – „Senz3D“, pagrįstą „Softkinetic“ „DepthSense 325“ kamera. „Infineon“ ir „PMD Technologies“ leidžia naudoti mažas integruotas 3D gylio kameras, skirtas valdyti gestais vartotojų įrenginius, tokius kaip daugiafunkciai kompiuteriai ir nešiojamieji kompiuteriai („Picco flexx“ ir „Picco monstar“ kameros).

ToF kamerų taikymas žaidimuose

Išmaniųjų telefonų kameros

Keliuose išmaniuosiuose telefonuose yra skrydžio laiko kameros. Jos daugiausia naudojamos nuotraukų kokybei gerinti, pateikiant kameros programinei įrangai informaciją apie priekinį ir foninį planą. Pirmasis mobilusis telefonas, kuriame buvo panaudota tokia technologija, buvo „LG G3“, išleistas 2014 m. pradžioje.

ToF kamerų taikymas mobiliuosiuose telefonuose

Matavimas ir mašininis matymas

Kiti pritaikymo būdai – matavimo užduotys, pvz., silosų užpildymo aukščio nustatymas. Pramoninėje mašininio matymo sistemoje skrydžio laiko kamera padeda klasifikuoti ir nustatyti objektų, pvz., konvejeriu judančių daiktų, buvimo vietą, kad juos galėtų naudoti robotai. Durų valdikliai gali lengvai atskirti gyvūnus ir žmones, artėjančius prie durų.

Robotika

Kitas šių kamerų panaudojimo būdas yra robotikos sritis: mobilieji robotai gali labai greitai sukurti savo aplinkos žemėlapį, kuris leidžia jiems išvengti kliūčių arba sekti priekyje esantį asmenį. Kadangi atstumo apskaičiavimas yra paprastas, sunaudojama tik mažai skaičiavimo galios. Kadangi šios kameros taip pat gali būti naudojamos atstumui matuoti, žinoma, kad FIRST Robotics Competition komandos šiuos įrenginius naudoja autonominėms užduotims atlikti.

Žemės topografija

ToF kamerosbuvo naudojami norint gauti skaitmeninius Žemės paviršiaus topografijos aukščio modelius geomorfologijos tyrimams.

ToF kamerų taikymas geomorfologijoje