Time-of-Flight-камера

Time-of-flight-камера (англ. Time-of-flight camera (ToF camera)) — видеокамера, формирующая так называемое дальностное изображение (дальностный портрет). Используется для создания изображений, которые в качестве пикселей содержат оценки расстояний от экрана до конкретных точек наблюдения^[1].

Дальностный портрет, полученный с ToF-камеры для контроля доступа

Технологии

Принцип действия ToF-камеры (импульсный и фазовый методы измерения дальности)

Трёхмерное ToF-изображение с результатами измерений

Расчёт глубины и расстояний обеспечивается с помощью технологии измерения "времени полёта" (ToF), берущей начало от алгоритмов, используемых в радарах. Благодаря этому формируется дальностное изображение, подобное радиолокационным портретам, за исключением того, что для его построения задействован световой импульс вместо радиочастотного сигнала.

Радиочастотная модуляция света

Излучатели ToF-камер могут быть реализованы на основе светодиодов или лазеров.

Для оценки дальности может применяться фазовый метод дальнометрии^[2][3], базирующийся на радиочастотной модуляции излучаемого светового потока и определении фазовых различий между ним и световыми сигналами, отражёнными от пространственно распределённых объектов.

Импульсная лазерная технология

ToF-лазерная камера с высокочувствительной ПЗС-матрицей и со скоростным стробированием позволяет оценивать глубину с субмиллиметровой разрешающей способностью (точностью). С помощью этой технологии короткий лазерный импульс освещает сцену, а сверхчувствительная ПЗС-камера открывает свой скоростной затвор лишь на несколько сотен пикосекунд. Трёхмерная сцена рассчитывается по последовательности двумерных изображений, которые регистрируются при увеличении задержки между импульсом лазера и открытием затвора.^[4]

Применение

Идентификация лица

Основной толчок применению ToF-камер дало развитие смартфонов. Одним из первых примеров практического использования стала реализация на их основе технологии распознавания лица Face ID в смартфоне IPhone X^[1] .

3D-сканирование

Улучшение характеристик ToF-камер смартфонов позволяет расширить их использование на сферу 3D-сканирования объектов^[1], например, с целью их дальнейшей 3D-печати, а также 3D-проектирования интерьеров, военного снаряжения, подбора одежды, обуви и т. д.

Дополненная реальность

ToF-камеры в смартфонах позволяют поднять на новый уровень применение технологии дополненной реальности на основе прецизионной локализации окружающей трёхмерной сцены^[1].

См. также

• 3D-сканер
• Лазерный дальномер
• Лидар
• Фотограмметрия
• CCD-камеры