tof相机是什么,TOF摄像机
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3D TOF 相机特性
利用TOF技术成像的设备称为TOF相机(或TOF摄像机)。TOF相机类似于普通的机器视觉成像过程,由光源、光学元件、传感器(TOF芯片)、控制电路和处理电路组成。这项技术基本类似于3D激光传感器的原理,只不过3D激光传感器是逐点扫描,而TOF相机是同时获取整个图像的深度信息。
与属于无创三维检测且应用领域非常相似的双目测量系统相比,TOF相机具有根本不同的三维成像机制。立体测量是通过匹配左右立体图像,然后进行三角测量,而TOF相机是通过检测入射光和反射光来获得目标距离。
TOF技术采用主动光探测模式,不同于一般的照明要求。TOF照射单元的作用不是照明,而是利用入射光信号和反射光信号的变化来测量距离。因此,t of的照射单元以高频调制光,然后将其发射。
与普通相机类似,TOF相机芯片的前端需要一个镜头来收集光线。但与普通光学镜头不同,需要带通滤波器来保证只有与照明光源波长相同的光才能进入。同时,由于光学成像系统具有透视效应,不同距离的场景是直径不同的同心球面,而不是平行平面,因此在实际使用中,需要后续的处理单元来修正这种误差。
作为TOF相机的核心,TOF芯片的每个像素记录了相机与物体之间入射光的相位。传感器的结构类似于普通图像传感器的结构,但是比图像传感器的结构更复杂。它包含两个或多个快门,用于在不同时间对反射光进行采样。
正因如此,TOF芯片的像素尺寸比一般的图像传感器要大很多,一般在100um左右。照射单元和TOF传感器都需要高速信号控制,以实现高深度测量精度。例如,当照射光和TOF传感器之间的同步信号偏移10ps时,相当于1.5 mm的位移.而目前的CPU可以达到3GHz,对应的时钟周期为300ps,因此对应的深度分辨率为45 mm .运算器主要用于数据校正和计算。通过计算入射光和反射光之间的相对相移关系,可以获得距离信息。
TOF相机优缺点分析
TOF相机优点:
1.与二维图像相比,通过距离信息可以获得更丰富的物体之间的位置关系,即可以区分前景和背景;
2.深度信息仍然可以完成目标图像的分割、标记、识别和跟踪等传统应用;
3.进一步深化处理后,可以完成三维建模等应用;
4、能快速完成对目标的识别和跟踪;
5.主要配件成本相对较低,包括CCD和普通LED,有利于未来生产和使用的普及;
6.借助CMOS的特性,可以获得大量的数据和信息,对于复杂物体的姿态判断非常有效;
7.不需要扫描设备的辅助工作。
TOF相机缺点:
1.与普通数码相机相比,其成本仍然偏高,影响了该产品目前的普及和使用率;
2.相机本身还是受限于硬件的发展,更新速度更快;
3.测量距离比常规测量仪器短,一般不超过10m
4.测量结果受被测对象属性的影响;
5.大多数机器的测量结果明显受到外界环境的干扰,尤其是外界光源的干扰;
6.分辨率相对较低,
7.系统误差和随机误差对结果有明显影响,需要进行数据后处理。
TOF应用领域
TOF技术应用场景丰富,在汽车、工业、人脸识别、物流、舒适度监测、健康、游戏、娱乐、电影特效、3D打印、机器人等多个领域都有应用。
汽车:TOF传感器可用于自动驾驶,通过TOF技术感知行驶环境,从而获取环境信息以增加安全性。此外,TOF还可以用于汽车中的乘客离开检测。
工业领域:TOF传感器可作为HMI(人机界面)。在高度自动化的工厂里,工人和机器人需要近距离协同工作。TOF设备可用于控制各种情况下的安全距离。
人脸识别系统:TOF相机的亮度图像和深度信息可以通过模型联系起来,快速准确的完成人脸匹配和检测。
物流:通过TOF摄像头快速获取包裹重量(即体积),优化包装,评估运费;
安保与监控:Peoplecounting(俗称“数人头”)通过使用景深来确定进入某个区域的人数;通过对人流或复杂交通系统的统计,实现对安全系统的统计分析和设计;以及对敏感区域探测对象的监控;
机器视觉:工业定位、工业引导和体积估算;在站上占很大空间,基于红外光控制生产安全的设备;
机器人:利用深度视觉导航,识别外部环境,规划路径,实现避障;
以及医学生物学:足部矫形建模、患者活动/状态监测、手术辅助;
娱乐:动作和姿态检测、表情识别、娱乐广告;在制作电影和电视剧时,TOF相机可以在视频图像中添加深度信息,以精确确定场景中每个像素的空间位置。通过简单的后期处理,可以在影片的任何位置插入特效道具。
此外,无论是固定的还是移动的,TOF设备都可以作为性能优异的输入设备。TOF相机的手势识别能力特别适用于消费电子产品,如游戏、手持设备和家庭娱乐。TOF设备为第一人称游戏提供了直观的界面,可以完全替代遥控器、鼠标和触摸屏。
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