一、 Que é o tempo das cámaras de voo?

As cámaras de tempo de voo (TOF) son un tipo de tecnoloxía de detección de profundidade que mide a distancia entre a cámara e os obxectos na escena empregando o tempo que leva a luz para viaxar aos obxectos e de volta á cámara. Úsanse habitualmente en diversas aplicacións como realidade aumentada, robótica, dixitalización 3D, recoñecemento de xestos e moito máis.

Cámaras TOFTraballa emitindo un sinal de luz, normalmente infravermella e medindo o tempo que leva o sinal para rebotar despois de bater obxectos na escena. Esta medición de tempo úsase entón para calcular a distancia aos obxectos, creando un mapa de profundidade ou unha representación 3D da escena.

O tempo das cámaras de voo

En comparación con outras tecnoloxías de detección de profundidade como a luz estruturada ou a visión estéreo, as cámaras TOF ofrecen varias vantaxes. Proporcionan información de profundidade en tempo real, teñen un deseño relativamente sinxelo e poden funcionar en diversas condicións de iluminación. As cámaras TOF tamén son compactas e pódense integrar en dispositivos máis pequenos como teléfonos intelixentes, tabletas e dispositivos que se poden levar.

As aplicacións das cámaras TOF son diversas. En realidade aumentada, as cámaras TOF poden detectar con precisión a profundidade dos obxectos e mellorar o realismo dos obxectos virtuais colocados no mundo real. En robótica, permiten aos robots percibir o seu entorno e navegar con obstáculos con máis eficacia. Na dixitalización 3D, as cámaras TOF poden capturar rapidamente a xeometría de obxectos ou ambientes para diversos fins como a realidade virtual, os xogos ou a impresión 3D. Tamén se usan en aplicacións biométricas, como o recoñecemento facial ou o recoñecemento de xestos de man.

二、Compoñentes do tempo das cámaras de voo

Cámaras de tempo de voo (TOF)consisten en varios compoñentes clave que traballan xuntos para permitir a detección de profundidade e a medición da distancia. Os compoñentes específicos poden variar segundo o deseño e o fabricante, pero aquí están os elementos fundamentais que normalmente se atopan nos sistemas de cámaras TOF:

Fonte de luz:

As cámaras TOF usan unha fonte de luz para emitir un sinal de luz, normalmente en forma de luz infravermella (IR). A fonte de luz pode ser un LED (diodo emisor de luz) ou un diodo láser, dependendo do deseño da cámara. A luz emitida viaxa cara aos obxectos da escena.

Óptica:

Unha lente reúne a luz reflectida e as imaxes do ambiente sobre o sensor de imaxe (matriz de planos focais). Un filtro de banda de banda óptica só pasa a luz coa mesma lonxitude de onda que a unidade de iluminación. Isto axuda a suprimir a luz non pertinente e a reducir o ruído.

Sensor da imaxe:

Este é o corazón da cámara TOF. Cada píxel mide o tempo que levou a luz para viaxar desde a unidade de iluminación (láser ou LED) ao obxecto e volver á matriz de planos focais.

Circuítos de sincronización:

Para medir con precisión o tempo de voo, a cámara necesita circuítos de cronometraxe precisos. Este circuíto controla a emisión do sinal de luz e detecta o tempo que leva a luz para viaxar aos obxectos e volver á cámara. Sincroniza os procesos de emisión e detección para garantir medicións de distancia precisas.

Modulación:

AlgúnsCámaras TOFIncorpora técnicas de modulación para mellorar a precisión e a robustez das medidas de distancia. Estas cámaras modulan o sinal de luz emitido cun patrón ou frecuencia específicos. A modulación axuda a distinguir a luz emitida doutras fontes de luz ambiental e aumenta a capacidade da cámara para diferenciar entre diferentes obxectos na escena.

Algoritmo de cálculo de profundidade:

Para converter as medidas de tempo de voo en información de profundidade, as cámaras TOF utilizan algoritmos sofisticados. Estes algoritmos analizan os datos de cronometraxe recibidos do fotodetector e calculan a distancia entre a cámara e os obxectos da escena. Os algoritmos de cálculo de profundidade a miúdo implican compensar factores como a velocidade de propagación da luz, o tempo de resposta do sensor e a interferencia de luz ambiente.

Saída de datos de profundidade:

Unha vez que se realiza o cálculo de profundidade, a cámara TOF proporciona saída de datos de profundidade. Esta saída pode tomar a forma dun mapa de profundidade, unha nube de puntos ou unha representación 3D da escena. Os datos de profundidade poden ser empregados por aplicacións e sistemas para permitir diversas funcionalidades como o seguimento de obxectos, a realidade aumentada ou a navegación robótica.

É importante ter en conta que a implementación específica e os compoñentes das cámaras TOF poden variar entre diferentes fabricantes e modelos. Os avances na tecnoloxía poden introducir funcións e melloras adicionais para mellorar o rendemento e as capacidades dos sistemas de cámaras TOF.

三、 Aplicacións

Aplicacións de automoción

Cámaras de tempo de vooúsanse en funcións de asistencia e seguridade para aplicacións avanzadas de automóbiles como seguridade peonil activa, detección de precrash e aplicacións interiores como a detección fóra de posición (OOP).

A aplicación de cámaras TOF

Interfaces e xogos humanos

As Cámaras de tempo de vooProporcionar imaxes a distancia en tempo real, é fácil rastrexar os movementos dos humanos. Isto permite novas interaccións con dispositivos de consumo como as televisións. Outro tema é usar este tipo de cámaras para interactuar cos xogos en consolas de videoxogos. O sensor Kinect de segunda xeración incluído orixinalmente coa consola Xbox One usou unha cámara de tempo de voo para a súa imaxe, permitindo as interfaces e xogos de usuario naturais Aplicacións mediante técnicas de recoñecemento de visión e xestos informáticos.

Creative e Intel tamén ofrecen un tipo similar de cámara interactiva de tempo de voo para xogos, o Senz3d baseado na cámara de Softkinetic 325 de profundidade. As tecnoloxías Infineon e PMD permiten pequenas cámaras de profundidade 3D integradas para o control de xestos de preto de dispositivos de consumo como PC e portátiles todo en un (cámaras PICCO Flexx e Picco Monstar).

A aplicación de cámaras TOF nos xogos

Cámaras de teléfonos intelixentes

Varios teléfonos intelixentes inclúen cámaras de tempo de voo. Utilízanse principalmente para mellorar a calidade das fotos proporcionando ao software da cámara información sobre o primeiro plano e os antecedentes. O primeiro teléfono móbil en empregar esa tecnoloxía foi o LG G3, lanzado a principios de 2014.

A aplicación de cámaras TOF nos teléfonos móbiles

Medición e visión da máquina

Outras aplicacións son tarefas de medición, por exemplo para a altura de recheo en silos. Na visión industrial da máquina, a cámara de tempo de voo axuda a clasificar e localizar obxectos para o seu uso por robots, como elementos que pasan nun transportador. Os controis das portas poden distinguir facilmente entre animais e humanos que chegan á porta.

Robótica

Outro uso destas cámaras é o campo da robótica: os robots móbiles poden construír un mapa do seu entorno moi rápido, permitíndolles evitar obstáculos ou seguir a unha persoa líder. Como o cálculo da distancia é sinxelo, só se usa pouca potencia computacional. Dado que estas cámaras tamén se poden usar para medir a distancia, sabéronse equipos para a primeira competición de robótica que usan os dispositivos para rutinas autónomas.

Topografía terrestre

Cámaras TOFutilizáronse para obter modelos de elevación dixital da topografía superficial terrestre, para estudos en xeomorfoloxía.

A aplicación de cámaras TOF en xeomorfoloxía