Time-of-flight камера

Time-of-flight камера (англ. Time-of-flight camera (ToF camera)) — відеокамера, що формує так зване дальностне зображення. Такі відеокамери використовуються для формування двовимірного зображення, яке в якості пікселей містить відстань від екрану до конкретних точок спостереження^[1].

Технології

Принцип дії ToF-камери (імпульсний і фазовий методи виміру дальності)

Дальностний портрет, отриманий з ToF-камери для контролю доступу

3D ToF-картина для доповненої реальності

Розрахунок глибини і відстані забезпечується за допомогою технології вимірювання "часу польоту" (ToF), що подібна до алгоритмів, які використовуються в радарах. Завдяки цьому формується дальностне зображення, яке схоже на зображення радіолокатора, за винятком того, що для його побудови задіяно світловий імпульс замість радіочастотної хвилі.

Радіочастотна модуляція світла

Випромінювачі ToF камер можуть бути реалізловані на основі світлодіодів або лазерів.

Для визначення дальності може використовуватися фазовий метод дальнометрії ^[2][3], який базується на радіочастотній модуляції випромінюваного світлового потоку і визначенні фазових розбіжностей між ним і світловими сигналами, відбитими від просторово розподілених об'єктів.

Імпульсна лазерна технологія

ToF-лазерна камера із ПЗЗ-камерою з високою чутливістю і з швидким стробуванням дозволяє оцінювати глибину із субміліметровою роздільною здатністю (точністю). За допомогою цієї техніки короткий лазерний імпульс освітлює сцену, а надчутлива ПЗЗ-камера відкриває свій швидкий затвор лише на кілька сотень пікосекунд. Тривимірна сцена обчислюється із послідовності двовимірних зображень, що реєструються при збільшенні затримки між імпульсом лазеру і відкриттям затвору.^[4]

Застосування

Ідентифікація обличчя

Основний поштовх застосуванню ToF камер надав розвиток смартфонів. Одним з перших прикладів практичного використання стала реалізація на їх основі технології розпізнавання обличчя Face ID в смартфоні IPhone X^[1] .

3D сканування

Поліпшення характеристик ToF камер смартфонів дозволяє розширити їх використання на сферу 3D-сканування об'єктів^[1], наприклад, з метою їхнього подальшого 3D-друку, а також 3D-проектування інтер'єрів, військового екіпірування^[5], підбору одягу, взуття тощо.

Доповнена реальність

ToF камери у смартфонах дозволяють підняти на новий рівень застосування технології доповненої реальності на основі прецизійної локалізації оточуючої 3D-сцени^[1].

Див. також

• 3D-сканер
• Лазерний далекомір
• Лідар
• Фотограмметрія
• CCD-камери
• Структура із руху
• Оптичний потік

Примітки

1. Что такое ToF камера и зачем она нужна смартфону ^{[недоступне посилання]}
2. Слюсар В.І., Зінченко А.О. Фазовий метод виміру відстані в MIMO-системах радіолокації та зв’язку. // VI-й науково-практичний семінар “Пріоритетні напрямки розвитку телекомунікаційних систем та мереж спеціального призначення” (20 жовтня 2011 р., доповіді та тези доповідей). – Київ: ВІТІ НТУУ "КПІ", 2011. - C. 180 [Архівовано 17 липня 2019 у Wayback Machine.]
3. Слюсар В.І., Зинченко А.О. Визначення відстаней в MIMO-системах зв’язку та радіолокації на основі фазових вимірів.// Сучасні інформаційні технології у сфері безпеки та оборони. НАОУ.- 2012. - № 2(14). – С. 26 - 30 [Архівовано 17 липня 2019 у Wayback Machine.]
4. High accuracy 3D laser radar [Архівовано 21 лютого 2015 у Wayback Machine.] Jens Busck and Henning Heiselberg, Danmarks Tekniske University, 2004
5. Слюсар, В.І. (2017). Результати засідання Робочої групи НАТО з навантаження солдата (Embarked Soldier Working Group, ESWG) (PDF). Озброєння та військова техніка. -№2(14). – 2017. с. 90 – 93. Архів оригіналу (PDF) за 3 березня 2019. Процитовано 8 вересня 2019.

Джерела

• Hansard, Miles; Lee, Seungkyu; Choi, Ouk; Horaud, Radu (2012). Time-of-flight cameras: Principles, Methods and Applications (PDF). SpringerBriefs in Computer Science (PDF). doi:10.1007/978-1-4471-4658-2. ISBN 978-1-4471-4657-5. Архів оригіналу (PDF) за 19 червня 2021. Процитовано 3 січня 2021.