خرید بلیط هواپیما از سفرمارکت

دوربین مدت پرواز، دوربین ToF یا حسگر ToF (به انگلیسی: Time-of-flight camera)، یک حسگر عمقی است که پالسی از نور فرو سرخ را به سمت صحنه ارسال می‌کند که تا فاصله‌ای از دوربین را از هر پیکسلی که درون محدوده قرار گرفته است بسنجند. دوربین ToF این کار را با استفاده از سنجش مدت زمانی انجام می‌دهد که طول می‌کشد تا بازتاب نور فروسرد دوربین به آن برسد. با استفاده از سرعت ثابت نور می‌توانم با محاسبات ساده‌ای این فاصله را ارزیابی کنید.

مدت پرواز یک مفهوم کلی است که در زمینه‌های مورد استفاده قرار می‌گیرد و فقط سرعت نور نیست. برای مثال برای مدت زمان پرواز فرا صوت در برآورد واقعی استفاده از قرار می‌گیرد. در گوشی‌های هوشمند از سیستم‌های ToF به عنوان دوربین استفاده می‌شود که داده‌های نقشه‌های صحنه عمیق را در گوشی قرار می‌دهند، این کار شبیه عملکرد بافر در گرافیک کامپیوتری است.

نقشه‌ی عمق (تصویر خاکستری) تصویر پایین نمایشگر نوع داده‌هایی است که دوربین‌های ToF ارائه می‌دهند.

دوربین مدت پرواز چیست؟
چپ: عکس. راست: نقشه‌ی عمق، نقاط تیره‌تر در فاصله‌ی دورتری قرار گرفته‌اند.

قواعد دوربینهای فروسرخ مدت پرواز

قاعده‌ای بنیادین این دوربین نسبتاً ساده است: دوربین ToF به جای رنگ‌ها، فاصله را ثبت می‌کند. می‌توانید هر حسگر ToF را یک کرنومتر در نظر بگیرید. همه‌ی پیکسل‌ها با شروع تابش نورش خود را آغاز می‌کنند (شروع پرواز).

هر کدام از این پیکسل‌ها با دریافت بازتاب به طور مستقل شمارش خود را انجام دهند (پایان پرواز). زمانی که طول می‌کشد تا نور تابانده شود و سپس بازتاب داشته باشد (شروع و پایان) «زمان پرواز» نام دارد، که منظور همان زمان پرواز نور است.

از آنجایی که فاصله‌ای از دوربین متفاوت است، هنگام بازتاب نور پیکسل‌های حسگر نیز به طور همزمان به شمارش خود پایان نمی‌دهند. به این فاصله‌ها از دوربین را می‌توان با ریاضیات ساده محاسبه کرد. پیاده‌سازی چنین سیستمی می‌تواند کمی پیچیده باشد، اگر ممکن است قبل از بازگشت به سنسور نور از جسم بازتاب داشته باشد.

دوربین های مدت پرواز در مقابل دوربین های دوگانه سه بعدی استوریو

در گوشی‌های هوشمند، دوربین‌های ToF در دوربین‌های جایگزینی سیستم‌های دوربین‌های دوگانه شبیه عمقی هستند، گوشی‌هایی که آیفون ایکس اس و گلکسی اس 9 پلاس از دوربین‌های دوگانه‌ی عمقی استفاده می‌کنند. گوشی‌های هوآوی پی 30 پرو و ​​آنر ویو 20، ال‌جی جی 8 و گلکسی اس 10 فایو جی از دوربین‌های ToF استفاده می‌کنند. انتظار میرود شرکتهای دیگر نیز در نسلهای جدیدتر گوشیهای خود از این حسگرها استفاده میکنند.

گرچه دوربین‌های ToF رزولوشن نسبتاً پایینی دارند (320×240 یا 640×480) اما عملکردشان از دوربین دوگانه‌ای بهتر است. حسگر مدت پرواز شیوه‌های طبیعی تر و بهتری برای اندازه گیری عمق است.

این دوربین‌ها در گوشی‌های تار شدگی خارج از فوکوس، بهتر است را ارائه دهند، در واقعیت افزوده و مجازی می‌توانم از این دوربین‌های هوشمند استفاده کنم. این فناوری‌ها توسط گوگل در Project Tango و همچنین هندست‌های لنوو مورد استفاده قرار گرفته‌اند.

اخیراً شاهد استفاده از این فناوری در گوشی‌های هوآوی پی 30 پرو و ​​آنر ویو 20، ال‌جی جی 8 و گلکسی اس 10 فایو جی بوده‌ام، این گوشی‌ها این دوربین‌ها را می‌بینند که ToF خود را در ساختاری بیشتر عرضه می‌کند و از تأثیر منفی آن روی طراحی گوشی‌های هوشمند می‌سازد. .

دوربین عکاسی استوریوی آرجی‌بی دوگانه برای تشخیص عمق تصویر استفاده می‌شود، این نوع از دوربین عکاسی با بیشترین مصرف انرژی را می‌توان از دوربین آرجی‌بی استفاده کرد: دوربین اصلی و یک دوربین اولترا واید یا زوم، که هزینه کمتری نسبت به افزودن یک ToF دارد. .

با این حال از دوربین اولترا واید برای عکاسی سه‌بعدی استوریو با دقت عمق مرکز تصویر را کاهش می‌دهد و همچنین لنزهای زوم بیش از 80 میلی‌متر پهنای بسیار کمی را پوشش می‌دهند که امکان استفاده از ویژگی عملی در بوکه (تار کردن تصویر خارج از فوکوس) وجود ندارد. .

دوربین مدت پرواز چیست؟
نقشه‌ی عمق – نزدیک: قرمز، دور آبی

دوربین ToF در نور مستقیم خورشید

عملکرد بسیار از سیستم‌های حسگر نور در صورت وجود منابع قوی نور به طور جدی مختل می‌شود، نور خوشید می‌تواند تا حدود 100 هزار لوکس روشنایی داشته باشد و نور بیشتر نمایشگرهای لپتاپ‌ها حدود 300 الی 500 لوکس روشنایی داشته باشد.

برای جلوگیری از تداخل این نورها، برخی از حسگرهای مدت پرواز پالس نوری خود را با استفاده از مدولاسیون خاصیت رمزنگاری می‌کنند (مثل یک کد باینری که برای نور استفاده می‌شود). به این ترتیب می‌توان دریافت نور را کاهش داد و از منابع نوری استفاده کرد.

دوربین های ToF گوشی های هوشمند به دلیل قدرت کم منبع نوریشان حیطهی محدودی دارند. از آنجایی که حیطه استفاده از گوشی‌های هوشمند فقط چند متر است این مشکل را برای گوشی‌های هوشمند ایجاد نمی‌کند.

انواع متفاوت مدت پرواز فروسرخ

گوشی‌های هوشمند حسگرهای ToF بر پایه دوربین‌های دارای این فناوری با استفاده از لیزرهای پیاده‌سازی می‌شود. تفاوت بزرگ این دو سیستم است که دوربین مدت پرواز، نور را در تمام جهت‌ها (به صورت یک نیم‌کره) می‌تاباند.

سیستم‌های مدت پرواز لیزری از جمله لیدار، اشعه‌ای لیزر را در یک خط مستقیم می‌فرستند که می‌تواند بسیار بیشتر را پوشش دهد و اگر این لیزر به اندازه‌ای کافی باشد، این حیطه تا چندین کیلومتر نیز افزایش پیدا می‌کند. این سیستم‌ها صحنه را به صورت نقطه‌ای به نقطه و با سرعت بسیار بالا می‌برند تا کافی را در اختیار داشته باشند. سیستم‌هایی که به سبک لیدار کار می‌کنند به جای ایجاد نقشه‌ی عمق، یک ابر نقطه‌ای ایجاد می‌کنند که می‌توان از آن استفاده کرد و برنامه‌های دیگری را انجام داد.

مدت پرواز در مقابل ساختار یافته

افراد معمولاً دو مفهوم مدت پرواز و نور ساختار یافته را با اشتباه می‌گیرند، فناوری نور ساختار یافته در دستگاه‌هایی مانند کینکت 1 و قابلیت فیس آی‌دی آیفون ایکس استفاده می‌شود. گرچه می‌توان از یافته‌های نور تحلیلی را به نقشه‌ی عمق تبدیل کرد اما این کار آنقدرها هم دقیق نیست.

تکنولوژی نور ساختار یافته الگویی را به سطح مورد نظر می‌تاباند تا برآمدگی‌ها و فرورفتگی‌ها و لبه‌ها را تشخیص دهد. سپس می‌توان فاصله را با استفاده از الگوی اصلی تشخیص داد. این دو مورد تفاوت زیادی با یکدیگر دارند. نور تحلیل یافته را می‌توانید در ویدیوی زیر مشاهده کنید.

برای مقایسه این دو فناوری می‌توانیم به کینکت 1 (نور ساختار یافته) و کینکت 2 (مدت پرواز) نگاه کنیم. کینکت 2 به طرز چشمگیری رزولوشن و دقت این سیستم را افزایش داده است. برای عکسبرداری نیز حسگرهای استفاده از مدت پرواز به حساب‌های بسیار کمتری نسبت به نور ساختار یافته، لیدار یا آرجی‌بی دوگانه نیاز دارند به همین دلیل هم مصرف کم و خوبی برای گوشی‌های هوشمند دارند.

منشأ پیدایش دوربینهای مدت پرواز

اولین استفاده از حسگرهای ToF در مهندسی عمران بود تا با دقت و سرعت بیشتری اندازه‌گیری‌ها را انجام داد. اگر با استفاده از این فناوری سطح زمین را از ارتفاع زیاد یا حتی فضای بسنجیم، می‌توانیم نقشه‌ای عمق بسیار دقیق داشته باشیم.

با کوچک شدن تجهیزات این فناوری، حسگر مدتی است که پرواز خود را با اتومبیل‌های خودران و حالا گوشی‌های هوشمند باز کند. دوربین‌های ToF موضوعات بسیار وسیعی هستند و بسیار بیشتر هستند که می‌توان درباره این دوربین‌ها بیاموزید اما تا جایی که به گوشی‌های هوشمند مربوط می‌شود با همین مقاله هم می‌توانید اطلاعات کافی را در مورد مزایا و معایب این دوربین‌ها در اختیار داشته باشید.

منبع