I. Uçuş süresi kameraları nedir?

Uçuş süresi (ToF) kameraları, ışığın nesnelere gidip kameraya geri dönmesi için geçen süreyi kullanarak kamera ile sahnedeki nesneler arasındaki mesafeyi ölçen bir tür derinlik algılama teknolojisidir. Artırılmış gerçeklik, robotik, 3D tarama, jest tanıma ve daha birçok uygulamada yaygın olarak kullanılırlar.

ToF kameralarBu yöntem, genellikle kızılötesi ışık olmak üzere bir ışık sinyali yayarak ve sinyalin sahnedeki nesnelere çarptıktan sonra geri yansıması için geçen süreyi ölçerek çalışır. Bu zaman ölçümü daha sonra nesnelere olan mesafeyi hesaplamak ve böylece bir derinlik haritası veya sahnenin 3 boyutlu bir temsilini oluşturmak için kullanılır.

Uçuş süresi kameraları

Yapılandırılmış ışık veya stereo görüş gibi diğer derinlik algılama teknolojilerine kıyasla, ToF kameralar çeşitli avantajlar sunar. Gerçek zamanlı derinlik bilgisi sağlarlar, nispeten basit bir tasarıma sahiptirler ve çeşitli aydınlatma koşullarında çalışabilirler. ToF kameralar ayrıca kompakttır ve akıllı telefonlar, tabletler ve giyilebilir cihazlar gibi daha küçük cihazlara entegre edilebilirler.

ToF kameraların uygulama alanları oldukça çeşitlidir. Artırılmış gerçeklikte, ToF kameralar nesnelerin derinliğini doğru bir şekilde algılayarak gerçek dünyaya yerleştirilen sanal nesnelerin gerçekçiliğini artırır. Robotikte ise robotların çevrelerini algılamalarını ve engelleri daha etkili bir şekilde aşmalarını sağlar. 3D taramada, ToF kameralar sanal gerçeklik, oyun veya 3D baskı gibi çeşitli amaçlar için nesnelerin veya ortamların geometrisini hızlı bir şekilde yakalayabilir. Ayrıca yüz tanıma veya el hareketi tanıma gibi biyometrik uygulamalarda da kullanılırlar.

yaniUçuş süresi kameralarının bileşenleri

Uçuş süresi (ToF) kameralarıDerinlik algılama ve mesafe ölçümünü mümkün kılan, birlikte çalışan çeşitli temel bileşenlerden oluşur. Belirli bileşenler tasarıma ve üreticiye bağlı olarak değişebilir, ancak ToF kamera sistemlerinde tipik olarak bulunan temel unsurlar şunlardır:

Işık kaynağı:

ToF kameralar, genellikle kızılötesi (IR) ışık şeklinde bir ışık sinyali yaymak için bir ışık kaynağı kullanır. Işık kaynağı, kameranın tasarımına bağlı olarak bir LED (Işık Yayan Diyot) veya bir lazer diyot olabilir. Yayılan ışık, sahnedeki nesnelere doğru ilerler.

Optik:

Bir mercek, yansıyan ışığı toplar ve çevreyi görüntü sensörüne (odak düzlemi dizisi) yansıtır. Optik bant geçiren filtre, yalnızca aydınlatma ünitesiyle aynı dalga boyuna sahip ışığı geçirir. Bu, ilgisiz ışığı bastırmaya ve gürültüyü azaltmaya yardımcı olur.

Görüntü sensörü:

Bu, TOF kameranın kalbidir. Her piksel, ışığın aydınlatma ünitesinden (lazer veya LED) nesneye ve tekrar odak düzlemi dizisine ulaşması için geçen süreyi ölçer.

Zamanlama Devreleri:

Uçuş süresini doğru bir şekilde ölçmek için kameranın hassas zamanlama devresine ihtiyacı vardır. Bu devre, ışık sinyalinin yayılımını kontrol eder ve ışığın nesnelere ulaşması ve kameraya geri dönmesi için geçen süreyi algılar. Doğru mesafe ölçümlerini sağlamak için yayılım ve algılama süreçlerini senkronize eder.

Modülasyon:

BazıToF kameralarMesafe ölçümlerinin doğruluğunu ve sağlamlığını artırmak için modülasyon teknikleri kullanılır. Bu kameralar, yayılan ışık sinyalini belirli bir desen veya frekansla modüle eder. Modülasyon, yayılan ışığı diğer ortam ışık kaynaklarından ayırt etmeye yardımcı olur ve kameranın sahnedeki farklı nesneler arasında ayrım yapma yeteneğini geliştirir.

Derinlik Hesaplama Algoritması:

Uçuş süresi ölçümlerini derinlik bilgisine dönüştürmek için ToF kameralar gelişmiş algoritmalar kullanır. Bu algoritmalar, fotodedektörden alınan zamanlama verilerini analiz eder ve kamera ile sahnedeki nesneler arasındaki mesafeyi hesaplar. Derinlik hesaplama algoritmaları genellikle ışık yayılma hızı, sensör tepki süresi ve ortam ışığı girişimi gibi faktörleri telafi etmeyi içerir.

Derinlik Verisi Çıktısı:

Derinlik hesaplaması tamamlandıktan sonra, ToF kamera derinlik verisi çıktısı sağlar. Bu çıktı, derinlik haritası, nokta bulutu veya sahnenin 3 boyutlu gösterimi şeklinde olabilir. Derinlik verileri, nesne takibi, artırılmış gerçeklik veya robotik navigasyon gibi çeşitli işlevleri etkinleştirmek için uygulamalar ve sistemler tarafından kullanılabilir.

ToF kameraların spesifik uygulama ve bileşenlerinin farklı üreticiler ve modeller arasında değişiklik gösterebileceğini belirtmek önemlidir. Teknolojideki gelişmeler, ToF kamera sistemlerinin performansını ve yeteneklerini iyileştirmek için ek özellikler ve geliştirmeler getirebilir.

、Uygulamalar

Otomotiv uygulamaları

Uçuş süresi kameralarıAktif yaya güvenliği, çarpışma öncesi algılama ve iç mekan uygulamaları (örneğin, konum dışı (OOP) algılama) gibi gelişmiş otomotiv uygulamalarında yardımcı ve güvenlik fonksiyonlarında kullanılırlar.

ToF kameraların uygulaması

İnsan-makine arayüzleri ve oyunlar

As uçuş süresi kameralarıGerçek zamanlı olarak mesafe görüntüleri sağlayan bu kameralar, insan hareketlerini izlemeyi kolaylaştırır. Bu da televizyon gibi tüketici cihazlarıyla yeni etkileşimlere olanak tanır. Bir diğer konu ise bu tür kameraların video oyun konsollarındaki oyunlarla etkileşim kurmak için kullanılmasıdır. Xbox One konsoluyla birlikte gelen ikinci nesil Kinect sensörü, menzil görüntüleme için uçuş süresi kamerası kullanmış ve bilgisayar görüşü ve jest tanıma tekniklerini kullanan doğal kullanıcı arayüzleri ve oyun uygulamalarına olanak sağlamıştır.

Creative ve Intel de, Softkinetic'in DepthSense 325 kamerasını temel alan Senz3D adlı, oyunlar için benzer bir etkileşimli jest tabanlı zaman-uçuş kamerası sunmaktadır. Infineon ve PMD Technologies ise, hepsi bir arada bilgisayarlar ve dizüstü bilgisayarlar gibi tüketici cihazlarının yakın mesafeli jest kontrolü için küçük entegre 3D derinlik kameraları (Picco flexx ve Picco monstar kameraları) geliştirmektedir.

Oyunlarda ToF kameraların kullanımı

Akıllı telefon kameraları

Birçok akıllı telefonda zaman aşımına dayalı kameralar bulunur. Bunlar esas olarak, kamera yazılımına ön plan ve arka plan hakkında bilgi sağlayarak fotoğrafların kalitesini artırmak için kullanılır. Bu teknolojiyi kullanan ilk cep telefonu, 2014 yılının başlarında piyasaya sürülen LG G3'tür.

ToF kameraların cep telefonlarında kullanımı

Ölçüm ve makine görüşü

Diğer uygulamalar arasında, örneğin silolardaki doluluk yüksekliğinin ölçülmesi gibi ölçüm görevleri yer almaktadır. Endüstriyel makine görüşünde, uçuş süresi kamerası, robotlar tarafından kullanılmak üzere nesneleri sınıflandırmaya ve konumlandırmaya yardımcı olur; örneğin, konveyör üzerinde geçen nesneler gibi. Kapı kontrolleri, kapıya ulaşan hayvanları ve insanları kolayca ayırt edebilir.

Robotik

Bu kameraların bir diğer kullanım alanı da robotiktir: Mobil robotlar çevrelerinin haritasını çok hızlı bir şekilde oluşturarak engellerden kaçınabilir veya öndeki kişiyi takip edebilirler. Mesafe hesaplaması basit olduğundan, çok az işlem gücü kullanılır. Bu kameralar mesafe ölçümü için de kullanılabildiğinden, FIRST Robotik Yarışması'ndaki takımların otonom rutinler için bu cihazları kullandığı bilinmektedir.

Dünya topografyası

ToF kameralarJeomorfoloji çalışmalarında kullanılmak üzere, Dünya yüzeyinin topografyasının dijital yükseklik modellerini elde etmek için kullanılmıştır.

ToF kameraların jeomorfolojideki uygulaması