Cámara de tiempo de vuelo
Una cámara de tiempo de vuelo ( cámara ToF ) es un sistema de cámara de imágenes de rango que emplea técnicas de tiempo de vuelo para determinar la distancia entre la cámara y el sujeto para cada punto de la imagen, midiendo el tiempo de ida y vuelta de una luz artificial. señal proporcionada por un láser o un LED . Las cámaras de tiempo de vuelo basadas en láser son parte de una clase más amplia de LIDAR sin escáner , en la que la escena completa se captura con cada pulso láser, a diferencia de punto por punto con un rayo láser, como en los sistemas LIDAR de escaneo. [1] Los productos de cámaras de tiempo de vuelo para aplicaciones civiles comenzaron a surgir alrededor de 2000, [2]ya que los procesos de semiconductores permitieron la producción de componentes lo suficientemente rápidos para tales dispositivos. Los sistemas cubren rangos de unos pocos centímetros hasta varios kilómetros.
Photonic Mixer Devices (PMD), [3] el Swiss Ranger y CanestaVision [4] funcionan modulando el haz saliente con una portadora de RF y luego midiendo el cambio de fase de esa portadora en el lado del receptor. Este enfoque tiene un desafío de error modular: los rangos medidos son módulo la longitud de onda de la portadora de RF. El Swiss Ranger es un dispositivo compacto de corto alcance, con rangos de 5 o 10 metros y una resolución de 176 x 144 píxeles. Con algoritmos de desenvolvimiento de fase, se puede aumentar el rango máximo de unicidad. El PMD puede proporcionar rangos de hasta 60 m. La iluminación es LED pulsados en lugar de un láser. [5] El desarrollador de CanestaVision, Canesta, fue comprado por Microsoft en 2010. El Kinect2 para Xbox One se basó en la tecnología ToF de Canesta.
Estos dispositivos tienen un obturador incorporado en el sensor de imagen que se abre y se cierra al mismo ritmo que se envían los pulsos de luz. La mayoría de los sensores 3D de tiempo de vuelo se basan en este principio inventado por Medina. [6] Debido a que parte de cada pulso que regresa es bloqueado por el obturador de acuerdo con su hora de llegada, la cantidad de luz recibida se relaciona con la distancia que ha viajado el pulso. La distancia se puede calcular usando la ecuación, z = R ( S 2 − S 1 ) / 2( S 1 + S 2 ) + R / 2 para una cámara ideal. Res el alcance de la cámara, determinado por el viaje de ida y vuelta del pulso de luz, S 1 la cantidad de pulso de luz que se recibe y S 2 la cantidad de pulso de luz que se bloquea. [6] [7]
La ZCam de 3DV Systems [1] es un sistema controlado por rango. Microsoft compró 3DV en 2009. El sensor Kinect de segunda generación de Microsoft se desarrolló utilizando el conocimiento obtenido de Canesta y 3DV Systems. [8]
Se utilizan principios similares en la línea de cámaras ToF desarrollada por el Instituto Fraunhofer de Sistemas y Circuitos Microelectrónicos y TriDiCam. Estas cámaras emplean fotodetectores con un obturador electrónico rápido.
La resolución de profundidad de las cámaras ToF se puede mejorar con cámaras CCD intensificadas de activación ultrarrápida. Estas cámaras brindan tiempos de activación de hasta 200ps y permiten la configuración de ToF con una resolución de profundidad submilimétrica. [9]
En el método pulsado (1), la distancia, d = ct / 2 q2 / q1 + q2 , donde c es la velocidad de la luz, t es la duración del pulso, q1 es la carga acumulada en el píxel cuando se emite luz y q2 es la carga acumulada cuando no se emite. En el método de onda continua (2), d = ct / 2 π arctan q3 - q4 / q1 - q2 . [dieciséis]
