Apakah kamera masa penerbangan?

Kamera masa penerbangan (ToF) ialah sejenis teknologi pengesanan kedalaman yang mengukur jarak antara kamera dan objek dalam pemandangan dengan menggunakan masa yang diperlukan oleh cahaya untuk bergerak ke objek dan kembali ke kamera. Ia biasanya digunakan dalam pelbagai aplikasi seperti realiti imbuhan, robotik, pengimbasan 3D, pengecaman gerak isyarat dan banyak lagi.

Kamera ToFberfungsi dengan memancarkan isyarat cahaya, biasanya cahaya inframerah, dan mengukur masa yang diperlukan untuk isyarat melantun semula selepas mengenai objek dalam pemandangan. Pengukuran masa ini kemudiannya digunakan untuk mengira jarak ke objek, menghasilkan peta kedalaman atau perwakilan 3D pemandangan.

Masa kamera penerbangan

Berbanding dengan teknologi pengesanan kedalaman lain seperti cahaya berstruktur atau penglihatan stereo, kamera ToF menawarkan beberapa kelebihan. Ia menyediakan maklumat kedalaman masa nyata, mempunyai reka bentuk yang agak ringkas dan boleh berfungsi dalam pelbagai keadaan pencahayaan. Kamera ToF juga padat dan boleh disepadukan ke dalam peranti yang lebih kecil seperti telefon pintar, tablet dan peranti boleh pakai.

Aplikasi kamera ToF adalah pelbagai. Dalam realiti terimbuh, kamera ToF boleh mengesan kedalaman objek dengan tepat dan meningkatkan realisme objek maya yang diletakkan di dunia nyata. Dalam robotik, ia membolehkan robot melihat persekitaran mereka dan menavigasi halangan dengan lebih berkesan. Dalam pengimbasan 3D, kamera ToF boleh menangkap geometri objek atau persekitaran dengan cepat untuk pelbagai tujuan seperti realiti maya, permainan atau percetakan 3D. Ia juga digunakan dalam aplikasi biometrik, seperti pengecaman wajah atau pengecaman gerak isyarat tangan.

二、Komponen kamera masa penerbangan

Kamera masa penerbangan (ToF)terdiri daripada beberapa komponen utama yang berfungsi bersama untuk membolehkan pengesanan kedalaman dan pengukuran jarak. Komponen khusus mungkin berbeza-beza bergantung pada reka bentuk dan pengilang, tetapi berikut adalah elemen asas yang biasanya terdapat dalam sistem kamera ToF:

Sumber Cahaya:

Kamera ToF menggunakan sumber cahaya untuk memancarkan isyarat cahaya, biasanya dalam bentuk cahaya inframerah (IR). Sumber cahaya boleh jadi LED (Diod Pemancar Cahaya) atau diod laser, bergantung pada reka bentuk kamera. Cahaya yang dipancarkan bergerak ke arah objek dalam pemandangan.

Optik:

Kanta mengumpulkan cahaya yang dipantulkan dan merakam persekitaran ke sensor imej (susunan satah fokus). Penapis jalur lulus optik hanya melepasi cahaya dengan panjang gelombang yang sama dengan unit pencahayaan. Ini membantu menyekat cahaya yang tidak berkaitan dan mengurangkan hingar.

Sensor imej:

Inilah inti pati kamera TOF. Setiap piksel mengukur masa yang diambil oleh cahaya untuk bergerak dari unit pencahayaan (laser atau LED) ke objek dan kembali ke tatasusunan satah fokus.

Litar Pemasaan:

Untuk mengukur masa penerbangan dengan tepat, kamera memerlukan litar pemasaan yang tepat. Litar ini mengawal pancaran isyarat cahaya dan mengesan masa yang diperlukan untuk cahaya bergerak ke objek dan kembali ke kamera. Ia menyegerakkan proses pancaran dan pengesanan bagi memastikan pengukuran jarak yang tepat.

Modulasi:

BeberapaKamera ToFmenggabungkan teknik modulasi untuk meningkatkan ketepatan dan keteguhan pengukuran jarak. Kamera ini memodulasi isyarat cahaya yang dipancarkan dengan corak atau frekuensi tertentu. Modulasi membantu membezakan cahaya yang dipancarkan daripada sumber cahaya ambien lain dan meningkatkan keupayaan kamera untuk membezakan antara objek berbeza dalam pemandangan.

Algoritma Pengiraan Kedalaman:

Untuk menukar ukuran masa penerbangan kepada maklumat kedalaman, kamera ToF menggunakan algoritma yang canggih. Algoritma ini menganalisis data pemasaan yang diterima daripada fotopengesan dan mengira jarak antara kamera dan objek di tempat kejadian. Algoritma pengiraan kedalaman selalunya melibatkan pampasan untuk faktor seperti kelajuan perambatan cahaya, masa tindak balas sensor dan gangguan cahaya ambien.

Output Data Kedalaman:

Sebaik sahaja pengiraan kedalaman dilakukan, kamera ToF akan memberikan output data kedalaman. Output ini boleh berbentuk peta kedalaman, awan titik atau perwakilan 3D pemandangan. Data kedalaman boleh digunakan oleh aplikasi dan sistem untuk mendayakan pelbagai fungsi seperti penjejakan objek, realiti imbuhan atau navigasi robotik.

Penting untuk diperhatikan bahawa pelaksanaan dan komponen khusus kamera ToF boleh berbeza-beza mengikut pengeluar dan model yang berbeza. Kemajuan dalam teknologi mungkin memperkenalkan ciri dan penambahbaikan tambahan untuk meningkatkan prestasi dan keupayaan sistem kamera ToF.

三、Aplikasi

Aplikasi automotif

Kamera masa penerbangandigunakan dalam fungsi bantuan dan keselamatan untuk aplikasi automotif termaju seperti keselamatan pejalan kaki aktif, pengesanan pra-perlanggaran dan aplikasi dalaman seperti pengesanan di luar kedudukan (OOP).

Aplikasi kamera ToF

Antara muka manusia-mesin dan permainan

As kamera masa penerbanganDengan menyediakan imej jarak jauh dalam masa nyata, mudah untuk menjejaki pergerakan manusia. Ini membolehkan interaksi baharu dengan peranti pengguna seperti televisyen. Satu lagi topik ialah menggunakan kamera jenis ini untuk berinteraksi dengan permainan pada konsol permainan video. Sensor Kinect generasi kedua yang pada asalnya disertakan dengan konsol Xbox One menggunakan kamera masa penerbangan untuk pengimejan jaraknya, membolehkan antara muka pengguna semula jadi dan aplikasi permainan menggunakan teknik penglihatan komputer dan pengecaman gerak isyarat.

Creative dan Intel juga menyediakan jenis kamera masa penerbangan gerak isyarat interaktif yang serupa untuk permainan, iaitu Senz3D berdasarkan kamera DepthSense 325 Softkinetic. Infineon dan PMD Technologies membolehkan kamera kedalaman 3D bersepadu yang kecil untuk kawalan gerak isyarat jarak dekat peranti pengguna seperti PC dan komputer riba semua-dalam-satu (kamera Picco flexx dan Picco monstar).

Penggunaan kamera ToF dalam permainan

Kamera telefon pintar

Beberapa telefon pintar menyertakan kamera time-of-flight. Kamera ini digunakan terutamanya untuk meningkatkan kualiti foto dengan menyediakan perisian kamera dengan maklumat tentang latar depan dan latar belakang. Telefon bimbit pertama yang menggunakan teknologi sedemikian ialah LG G3, yang dikeluarkan pada awal tahun 2014.

Aplikasi kamera ToF dalam telefon bimbit

Pengukuran dan penglihatan mesin

Aplikasi lain adalah tugas pengukuran, contohnya untuk ketinggian isian dalam silo. Dalam visi mesin perindustrian, kamera masa penerbangan membantu mengklasifikasikan dan mencari objek untuk digunakan oleh robot, seperti barang yang lalu di atas penghantar. Kawalan pintu boleh membezakan dengan mudah antara haiwan dan manusia yang sampai ke pintu.

Robotik

Satu lagi kegunaan kamera ini ialah dalam bidang robotik: Robot mudah alih boleh membina peta persekitaran mereka dengan sangat cepat, membolehkan mereka mengelakkan halangan atau mengikuti orang yang memimpin. Memandangkan pengiraan jarak adalah mudah, hanya sedikit kuasa pengiraan yang digunakan. Memandangkan kamera ini juga boleh digunakan untuk mengukur jarak, pasukan untuk Pertandingan Robotik PERTAMA diketahui menggunakan peranti ini untuk rutin autonomi.

Topografi bumi

Kamera ToFtelah digunakan untuk mendapatkan model ketinggian digital topografi permukaan Bumi, untuk kajian geomorfologi.

Aplikasi kamera ToF dalam geomorfologi