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Time-of-Flightセンサーとは?Time-of-Flightカメラの主要コンポーネントは何ですか?

Time-of-Flightという用語は、物体が媒体を特定の距離を移動するのにかかる時間を意味します。斜方投射は、これは、オブジェクトが投射されてから、オブジェクトが地面に着地する時間あるいは、表面に接触するまでの合計時間です。イメージング技術では、Time-of-Flight手法を使用して、ターゲットオブジェクトまでの深さまたは2つのオブジェクト間の距離を計算します。

このコラムでは、自律移動ロボット、農業用車両、自動寸法などのアプリケーションで深度マッピングを行うために、カメラでTime-of-Flight(ToF)がどのように使用されるかを学習します。

Time-of-Flightセンサーとは何ですか、またそれはどのように機能しますか?

Time-of-Flightセンサーは、Time-of-Flightを使用して深度と距離を測定するセンサーに他なりません。ToFセンサーを搭載したカメラは、変調された光源(レーザーやLEDなど)で物体をアクティブに対象物に照射することで距離を測定します。レーザーの波長(通常は850nmまたは940nm)に敏感なセンサーを使用して、反射光をキャプチャします。 センサーは、光が放出されてから反射光がカメラまたはセンサーに受け取られるまでの時間遅延∆Tを測定します。 この時間遅延は、カメラとオブジェクトの間の距離の2倍に比例します。したがって、深さは次のように見積もることができます。

d=cΔT/2、ここでcは光速です。

次の画像は、ターゲットオブジェクトまでの距離を測定するためのToFカメラの動作を示しています。

図1:深度を測定するToFカメラの図

Time-of-Flight型カメラシステムの主要コンポーネント

Time-of-Flight型カメラシステムは、主に次の3つの部分で構成されています。

  1. ToFセンサーとセンサーモジュール
  2. 光源
  3. 深度センサー

以下の画像は、Time-of-Flightカメラシステムにおけるこれらのコンポーネントの適切な表現です。

図2:Time-of-Flight型カメラシステムのコンポーネント

それぞれについて詳しく見ていきましょう。

ToFセンサーとセンサーモジュール

センサーはToFカメラシステムの重要なコンポーネントです。シーンからの反射光を収集し、それをアレイの各ピクセルの深度データに変換するセンサーです。センサーの解像度が高いほど、生成される深度マップの品質が向上します。ToFカメラのセンサーモジュールには光学部品も取り付けられており、通常、集光効率を高めるために大口径が付いています。 これに加えて、バンドパスフィルター(波長850nmおよび940nmの光を通過させるように設計されています)は、VCSELスループット効率を最大化するのに役立ちます。 *VCSEL:Vertical Cavity Surface Emitting Laser=垂直共振器型面発光レーザー

光源

ToFカメラでは、レーザーVCSELやLEDを使って光が生成されます。通常、NIR(近赤外線)照明は、850nmと940nmの波長で使用されます。VCSELには、光学系の視野(FOV)に一致するように、イメージセンサーの前の照明を発散させるディフューザーが付属しています。このモジュールには、クリーンなエッジで光波形の立ち上がり時間と立ち下がり時間を制御するレーザードライバーも含まれています。

デプス・プロセッサー

デプス・プロセッサは、イメージセンサーからの位相情報を含む生のピクセルデータを深度情報に変換するのに役立ちます。 また、他のエンドアプリケーションに使用できるパッシブ2D IR(赤外線)画像を提供することに加えて、ノイズフィルタリングにも役立ちます。

e-con SystemsがTime-of-Flightテクノロジーをどのように活用しているか

ToFベースの深度検知カメラは、光学キャリブレーション、温度ドリフト、VCSELパルスタイミングパターンなどのさまざまな要因のために設計が複雑になることがよくあります。これらすべての要素が深度精度に影響します。

e-con Systemsは現在、出力の精度と一貫性に重点を置いたToFカメラの開発に取り組んでいます。ToFカメラシステムを完璧に構築することは、通常、非常に長い設計期間を要します。ただし、ステレオビジョンベースの3Dカメラテクノロジーの使用に10年以上の経験を持ち、複数のお客様の製品へのデプスカメラの統合を支援してきたe-con Systemsは、製品開発を加速するジャーニーをを続けてきました。今後のブログでは、新製品の詳細をご紹介していきます。また、Time-of-Flightカメラシステムに関連するその他のさまざまなトピックについても詳しく説明します。今後とも、e-con Systemのコンテンツやソーシャルメディアへの投稿をご覧ください。

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