一、 ¿Cuál es el momento de las cámaras de vuelo?

Las cámaras de tiempo de vuelo (TOF) son un tipo de tecnología de detección de profundidad que mide la distancia entre la cámara y los objetos en la escena utilizando el tiempo que lleva luz viajar a los objetos y regresar a la cámara. Se usan comúnmente en diversas aplicaciones, como realidad aumentada, robótica, escaneo 3D, reconocimiento de gestos y más.

Cámaras TOFTrabaje emitiendo una señal de luz, típicamente luz infrarroja, y midiendo el tiempo que tarda la señal en recuperarse después de golpear objetos en la escena. Esta medición de tiempo se usa para calcular la distancia a los objetos, creando un mapa de profundidad o una representación 3D de la escena.

El momento de las cámaras de vuelo

En comparación con otras tecnologías de detección de profundidad como la luz estructurada o la visión estéreo, las cámaras TOF ofrecen varias ventajas. Proporcionan información de profundidad en tiempo real, tienen un diseño relativamente simple y pueden funcionar en varias condiciones de iluminación. Las cámaras TOF también son compactas y se pueden integrar en dispositivos más pequeños como teléfonos inteligentes, tabletas y dispositivos portátiles.

Las aplicaciones de las cámaras TOF son diversas. En la realidad aumentada, las cámaras TOF pueden detectar con precisión la profundidad de los objetos y mejorar el realismo de los objetos virtuales colocados en el mundo real. En robótica, permiten a los robots percibir su entorno y navegar los obstáculos de manera más efectiva. En el escaneo 3D, las cámaras TOF pueden capturar rápidamente la geometría de objetos o entornos para diversos fines, como la realidad virtual, los juegos o la impresión 3D. También se utilizan en aplicaciones biométricas, como el reconocimiento facial o el reconocimiento de gestos manuales.

二、Componentes del tiempo de las cámaras de vuelo

Cámaras de tiempo de vuelo (TOF)Consisten en varios componentes clave que trabajan juntos para permitir la detección de profundidad y la medición de la distancia. Los componentes específicos pueden variar según el diseño y el fabricante, pero aquí están los elementos fundamentales que generalmente se encuentran en los sistemas de cámara TOF:

Fuente de luz:

Las cámaras TOF usan una fuente de luz para emitir una señal de luz, generalmente en forma de luz infrarroja (IR). La fuente de luz puede ser un LED (diodo emisor de luz) o un diodo láser, dependiendo del diseño de la cámara. La luz emitida viaja hacia los objetos de la escena.

Óptica:

Una lente reúne la luz reflejada y las imágenes del entorno en el sensor de imagen (matriz de plano focal). Un filtro de paso de banda óptico solo pasa la luz con la misma longitud de onda que la unidad de iluminación. Esto ayuda a suprimir la luz no patrinente y a reducir el ruido.

Sensor de imagen:

Este es el corazón de la cámara TOF. Cada píxel mide el tiempo que ha tomado la luz para viajar desde la unidad de iluminación (láser o LED) al objeto y de regreso a la matriz de plano focal.

Circuito de sincronización:

Para medir con precisión el tiempo de vuelo, la cámara necesita circuitos de tiempo precisos. Este circuito controla la emisión de la señal de luz y detecta el tiempo que le toma a la luz viajar a los objetos y regresar a la cámara. Sincroniza los procesos de emisión y detección para garantizar mediciones de distancia precisas.

Modulación:

AlgunoCámaras TOFIncorpore técnicas de modulación para mejorar la precisión y robustez de las mediciones de distancia. Estas cámaras modulan la señal de luz emitida con un patrón o frecuencia específica. La modulación ayuda a distinguir la luz emitida de otras fuentes de luz ambiental y mejora la capacidad de la cámara para diferenciar entre diferentes objetos en la escena.

Algoritmo de cálculo de profundidad:

Para convertir las mediciones de tiempo de vuelo en información de profundidad, las cámaras TOF utilizan algoritmos sofisticados. Estos algoritmos analizan los datos de tiempo recibidos del fotodetector y calculan la distancia entre la cámara y los objetos en la escena. Los algoritmos de cálculo de profundidad a menudo implican compensar factores como la velocidad de propagación de la luz, el tiempo de respuesta del sensor e interferencia de luz ambiental.

Salida de datos de profundidad:

Una vez que se realiza el cálculo de profundidad, la cámara TOF proporciona salida de datos de profundidad. Esta salida puede tomar la forma de un mapa de profundidad, una nube de puntos o una representación 3D de la escena. Los datos de profundidad pueden ser utilizados por aplicaciones y sistemas para permitir diversas funcionalidades como el seguimiento de objetos, la realidad aumentada o la navegación robótica.

Es importante tener en cuenta que la implementación específica y los componentes de las cámaras TOF pueden variar en diferentes fabricantes y modelos. Los avances en tecnología pueden introducir características y mejoras adicionales para mejorar el rendimiento y las capacidades de los sistemas de cámara TOF.

三、 Aplicaciones

Aplicaciones automotrices

Cámaras de tiempo de vuelose utilizan en funciones de asistencia y seguridad para aplicaciones automotrices avanzadas, como seguridad de peatones activos, detección previa y aplicaciones interiores, como la detección fuera de posición (OOP).

La aplicación de cámaras TOF

Interfaces y juegos de máquina humana

As cámaras de tiempo de vueloProporcionar imágenes de distancia en tiempo real, es fácil rastrear los movimientos de los humanos. Esto permite nuevas interacciones con dispositivos de consumo como televisores. Otro tema es usar este tipo de cámaras para interactuar con los juegos en consolas de videojuegos. El sensor Kinect de segunda generación se incluye originalmente con la consola Xbox One, utilizó una cámara de tiempo de vuelo para sus imágenes de rango, permitiendo interfaces de usuarios naturales y juegos Aplicaciones que utilizan la visión por computadora y las técnicas de reconocimiento de gestos.

Creative e Intel también proporcionan un tipo similar de cámara de tiempo de vuelo de gesto interactiva para los juegos, la SenZ3D basada en la cámara DropSense 325 de Softkinetic. Las tecnologías de Infineon y PMD permiten pequeñas cámaras de profundidad 3D integradas para el control de gestos de corto alcance de dispositivos de consumo como PC y computadoras portátiles Picco Flexx y Picco Monstar).

La aplicación de cámaras TOF en los juegos

Cámaras de teléfono inteligente

Varios teléfonos inteligentes incluyen cámaras de tiempo de vuelo. Estos se utilizan principalmente para mejorar la calidad de las fotos al proporcionar al software de la cámara información sobre primer plano y fondo. El primer teléfono móvil en emplear dicha tecnología fue el LG G3, lanzado a principios de 2014.

La aplicación de cámaras TOF en teléfonos móviles

Medición y visión artificial

Otras aplicaciones son tareas de medición, por ejemplo, para la altura de llenado en silos. En la visión artificial industrial, la cámara de tiempo de vuelo ayuda a clasificar y localizar objetos para el uso de robots, como elementos que pasan en un transportador. Los controles de la puerta pueden distinguir fácilmente entre animales y humanos que llegan a la puerta.

Robótica

Otro uso de estas cámaras es el campo de la robótica: los robots móviles pueden construir un mapa de su entorno muy rápidamente, lo que les permite evitar obstáculos o seguir a una persona líder. Como el cálculo de distancia es simple, solo se usa poca potencia computacional. Dado que estas cámaras también se pueden usar para medir la distancia, se sabe que los equipos para la primera competencia de robótica utilizan los dispositivos para rutinas autónomas.

Topografía de la tierra

Cámaras TOFse han utilizado para obtener modelos de elevación digital de la topografía de la superficie de la Tierra, para estudios en geomorfología.

La aplicación de cámaras TOF en geomorfología