ToF-камера (Time-of-Flight, «времяпролётная») — это камера, которая измеряет глубину сцены по времени отражения света. В отличие от обычной камеры, дающей плоскую картинку, ToF-камера для каждой точки кадра вычисляет расстояние до объекта и строит карту глубины — «дальностное изображение», где вместо цвета в каждом пикселе записано расстояние. Для робота это способ увидеть окружение объёмно, в 3D, и понять форму и удалённость предметов.

Принцип работы близок к радару и лидару, но использует свет: камера подсвечивает сцену модулированным инфракрасным светом, а датчик измеряет, за какое время отражённый сигнал вернулся от каждой точки. Зная скорость света, электроника мгновенно пересчитывает это в расстояние — сразу для всей матрицы пикселей. В результате робот за один «кадр» получает и обычную картинку, и карту глубины к ней.

Что ToF-камера даёт роботу:

  • Восприятие сцены в объёме — оценка формы, размеров и положения предметов.
  • Обнаружение и обход препятствий.
  • Точный захват деталей манипулятором (робот «видит», где и на каком расстоянии находится объект).
  • Распознавание жестов и присутствия человека.

Сильные стороны — высокая частота кадров (важно для быстрого движения) и слабая зависимость измерения глубины от общей освещённости: ToF работает и в затемнённом помещении. Слабые стороны — ограниченная дальность и трудности при работе на ярком солнце (внешний ИК-свет мешает), а также с сильно поглощающими или бликующими поверхностями.

По сравнению с другими датчиками глубины ToF-камера компактнее и быстрее лидара, а по сравнению со стереокамерой не требует контрастной сцены и сложных вычислений сопоставления. Поэтому её широко применяют в промышленных роботах, системах машинного зрения, сервисной робототехнике и как «миниатюрный лидар» в компактных устройствах. Нередко ToF совмещают с обычным RGB-модулем — тогда робот получает синхронно и цвет, и глубину.

Источники:

  1. Time-of-Flight-камера // Википедия. URL:https://ru.wikipedia.org/wiki/Time-of-Flight-камера
  2. Машинное зрение и 3D-камеры глубины // Системы безопасности (Secuteck). URL:https://www.secuteck.ru/articles/mashinnoe-zrenie-i-3d-kamery-glubiny
  3. ToF-камеры: принцип работы и применение // Habr. URL:https://habr.com/ru/articles/973032/