Càmeres Time of Flight: diferència entre les revisions

S'utilitza, avui en dia, en aparells d'adquisició d'imatges, com escàners o càmeres. D'aquesta forma, és possible adquirir imatges i seqüències en 3D. És una tècnica bastant senzilla d'aplicar i, per tant, econòmicament assequible a l'hora de fabricar aparells d'obtenció de profunditat d'escenaris o cossos.

 

[[Fitxer:TOF Kamera.jpg|miniatura| Sensor 3D propietat de l'empresa ''MESA Imaging''.]]

[[Fitxer:PMD CamBoard.png|miniatura| Sensor 3D propietat de l'empresa PMD Technologies GmbH.]]

Aquests sensors porten incorporats un objectiu i un [[Detector CCD|CCD]] darrere el qual és capaç de captar la profunditat utilitzant TOF en cada píxel d'una matriu de 176 x 144. Tots aquests píxels capten individualment la intensitat, l'amplitud I la fase de l'impuls infraroig. Si tenim els valors intrínsecs de la càmera (distància focal, distorsions, etc.) és possible calcular aquestes coordenades 3D. D'aquesta forma obtenim un conjunt de punts clau formant un mapa de rangs de profunditat I un altre d'intensitats per a cada píxel de la matriu a 30 Hz amb la resolució mencionada.

 

Un dels punts bons d'aquesta tecnologia és la simplicitat per mesurar les distàncies:

Per trobar la distància en la qual es troba un punt en l'espai aplicant TOF hem d'obtenir el temps d'anada I tornada del raig infraroig junt amb la velocitat de la llum c (300.000.000 m/s) :

 

L'escaneig del camp de visió es fa punt a punt amb una velocitat d'entre 5000 – 10000 punts mesurats per segon, amb un temps mitjà de procés d'uns 45 minuts. Però amb l'avantatge que és capaç de realitzar mesures fins a 200 metres amb un marge d'error de 6 mm aproximadament.

 

La tècnica més utilitzada actualment per quasi totes les càmeres amb sensor TOF és el Phase-shift. S'analitza la ACF (funció d'autocorrelació) del senyal elèctric i òptic utilitzant quatre mostres A1,A2,A3,A4 desfasades 90 graus cadascuna. Trobem la fase (<math>\phi</math>),sabent que és proporcional a la distància, amb la següent fórmula:

 

Amb ''Phase-shift'' s'aconsegueix escanejar més de 100.000 punts per segon amb una major velocitat I exactitud (entre 1 o 2 mm d'error). Si, per exemple, l'objectiu és capturar un entorn amb diferents habitacions, parets i/o passadissos en qüestió de minuts (aproximadament uns 4 minuts), aquesta tecnologia és la més adequada.

 

Càmeres amb sensors PMD: ''Photonic Mixer Devices''. Són sensors 3D amb ''Time of Flight'' adaptats a la càmera que capten, alhora, la intensitat i la distància de cada píxel a diferència de les càmeres convencionals, que només capten la intensitat.

 

Si la llum incident és constant i la modulació és un senyal rectangular amb un cicle de treball del 50% els portadors de càrrega, generats dins del període de modulació, es mouen cap a la dreta I cap a l'esquerra per igual. Però si la llum incident és modulada amb el mateix senyal que el del receptor PMD la diferència de voltatges del dos nodes de sortida són directament dependent del retard en fase entre la modulació de la llum I del píxel. Amb aquesta dada podem obtenir la distància entre el sensor I l'objecte.

 

Per a l'adquisició d'imatges 3D no només ens cal un sensor amb TOF. El sistema està compost per diversos components que afecten els paràmetres finals que definiran la qualitat I la forma de la imatge:

 

Avui en dia, amb el desenvolupament i l'èxit de les càmeres 3D, s'estan creant i aplicant nous sistemes per tal d'explotar al màxim aquesta tecnologia:

 

[[Fitxer:TOF Kamera Boxen.jpg|miniatura|Mapa de profunditats.]]

La capacitat de detectar distàncies és molt útil en aquest camp. Existeixen sensors per detectar objectes propers a l'hora d'estacionar; detecció per a la protecció dels vianants i detecció d'objectes propers per tal d'evitar col·lisionaments. Detectant l'entorn, l'automòbil és capaç de reconèixer el perill i frenar o inclús modificar la seva trajectòria. La càmera PMD va incorporada al retrovisor central, les fonts de llum al costat i els detectors IR als fars davanters, tot connectat a la bateria de 12 Volts. També s'hi afegeixen sensors davant i darrere per l'estacionament.

 

Gràcies a aquesta tecnologia es poden dissenyar robots amb capacitat d'actuar i decidir segons l'entorn creant un mapa de profunditat de tot l'escenari que capta. Si enmig del seu camí es troba algun obstacle pot decidir com esquivar-lo o inclús reconèixer una persona o un objecte i interaccionar amb ells.

 

En aquest sector també s'està aprofitant aquest tipus de càmeres. Amb capacitat de captar el moviment de la persona a través del sensor que envia impulsos infrarojos per detectar els punts clau I reconèixer les parts importants del cos. Amb això és possible crear un personatge fictici que imiti els moviments que l'usuari faci davant del televisor.