Flugzeitkameras werden auf einer Reihe von Geräten angezeigt. Diese ToF-Kameras messen die Tiefe in einer Szene - und werden verwendet, um die Umgebung abzubilden, um Hindernisse herum zu navigieren und vieles mehr. Schauen wir uns genauer an, was eine Flugzeitkamera macht, wofür sie verwendet wird und welche technischen Details sie enthalten.
Was ist Flugzeit?
Die einfachste Art, über die Flugzeit nachzudenken, ist wie bei einem Sonarsystem - außer dass es eher Licht als Ton verwendet, um Dinge zu erkennen.
Flugzeitkameras oder ToF-Kameras werden auf Mobiltelefonen, Drohnen und Industrierobotern immer häufiger eingesetzt. Sie werden auch als Tiefenkameras bezeichnet und zeichnen die Umgebung ab, um eine grundlegende dreidimensionale Darstellung dessen zu erstellen, was sich vor ihnen befindet.
Die Kamera kann beispielsweise an einer Drohne oder einem Auto verwendet werden, um Hindernissen auszuweichen. Die Verwendung von ToF kann jedoch auch zur Identifizierung eines Subjekts oder zur Gestenerkennung verwendet werden. ToF kann für Sicherheitsanwendungen verwendet werden - um den Benutzer zu identifizieren - oder einfach um den Unterschied zwischen der Katze des Nachbarn und einem menschlichen Eindringling zu erkennen.
Sie spielen auch eine wichtige Rolle in VR- und Augmented-Reality-Anwendungen, sodass Spiele beispielsweise eine virtuelle Welt mit der realen Welt überlagern können.
Wie funktionieren Flugzeitkameras?
Eine Flugzeitkamera verfügt über einen Bildsensor, ähnlich wie eine normale Digitalkamera. Die Aufgabe jeder Fotoseite auf dem CCD-Sensor besteht jedoch darin, die Zeit zu messen, die ein von der Kamera abgefeuerter Infrarotlichtstrahl benötigt, um zur Kamera zurückzukehren - nachdem er von den Objekten in der Szene davor reflektiert wurde. Die gesamte Szene wird mit einem einzigen Lichtimpuls erfasst und gemessen - es gibt also keine beweglichen Teile.
Da es sich um die Lichtgeschwindigkeit handelt, erfolgt die Messung in weit weniger Augenblicken. Wie Ihnen jedes geekige Schulkind sagen wird, bewegt sich das Licht mit 300.000 km pro Sekunde. Für ein Motiv, das beispielsweise 5 m entfernt ist, beträgt der Zeitunterschied zwischen dem Licht, das die Kamera verlässt, und dem zurückkehrenden Licht nur 33 Nanosekunden. Oder 0,000000033 Sekunden, wenn Sie es vorziehen.
Diese Zeitunterschiede werden an jedem einzelnen Pixel im Bild gemessen - und dieses „Bild“ erzeugt die dreidimensionale Karte der Szene. Und das kontinuierlich - mit einer typischen maximalen Bildrate von 60 fps.
Die Technologie gibt es schon seit einiger Zeit - aber die erforderliche Verarbeitungsgeschwindigkeit hat dazu geführt, dass diese Tiefenerkennungs-Technologie eine Weile gebraucht hat, um sie in alltägliche Geräte zu integrieren.
Aktuelle ToF-Kameras tendieren zu einer eher niedrigen Auflösung. Die kürzlich angekündigte Flugzeitkamera des Samsung S10 5G hat nur 240 x 160 Pixel.
Warum ToF-Kameras auf Handys?
Die neueste Generation von Mobiltelefonen verfügt nicht nur über eine Kamera. Seit langer Zeit haben sie zwei - eine für Fotos von dem, was vor ihnen liegt, und die andere für Selfies. Die neuesten Telefone verfügen jetzt über mehrere Frontkameras - mit zwei bis sechs verschiedenen Objektiven mit jeweils eigenen Sensoren. Einige davon werden verwendet, um eine Auswahl verschiedener Brennweiten zu ermöglichen - so dass Sie eine echte Weitwinkelansicht erhalten, wenn Sie möchten, oder ein anständiges Teleobjektiv, ohne das Bild zuschneiden zu müssen.
Aber zunehmend sehen wir eine dieser zusätzlichen Kameras auf der Vorderseite von Smartphones als ToF-Sensor.
Der ToF-Sensor kann verwendet werden, um zusätzliche Funktionen bereitzustellen - und die von ihm registrierten Tiefeninformationen können von verschiedenen Apps auf dem Telefon auf unterschiedliche Weise verwendet werden.
Die ToF-Kamera kann beispielsweise zur Gestenerkennung verwendet werden, sodass Sie erkennen können, dass die Kamera ein Bild aufnehmen soll, wenn Sie Ihre Hand heben.
In ähnlicher Weise können die Tiefeninformationen der KI-Software auf dem Telefon helfen, den Hintergrund eines Bildes zu defokussieren, wodurch die von professionellen Porträtfotografen geliebte Bokeh-Unschärfe entsteht.
Welche Telefone haben ToF-Kameras?
Zu den Kamerahandys, die bereits mit ToF-Kameras freigegeben wurden oder bisher durchgesickert sind, gehören:
- Samsung Galaxy S10 5G
- LG G8 Thin Q.
- Oppo RX17 Pro
- Ehrenansicht 20
- Huawei P30 Pro
- Oppo Reno
- Sony Xperia XZ4
Welche anderen Anwendungen verwenden ToF?
Die Flugzeit wird in einer Vielzahl von Anwendungen verwendet… und es ist nicht immer einfach vorherzusagen, wie sie verwendet werden. Mobiltelefone enthalten teilweise die Technologie, sodass sie in Software und Apps integriert werden können, die noch geschrieben werden müssen.
Am Arbeitsplatz werden ToF-Sensoren und -Kameras als Komponenten verkauft. So können sie beispielsweise von Robotern in Produktionslinien eingesetzt werden, um die richtige Komponente auszuwählen oder fehlerhafte Waren zu erkennen.
Mit Drohnen ist ein ToF eine großartige Möglichkeit, Hindernisse zu erkennen und zu vermeiden - aber besonders nützlich, um durch Gebäude zu navigieren.
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