Cambra de temps de vol

Una cambra de temps de vol^[1]^[2] o TOF (de l'anglés clave-of-flight) és un dispositiu utilisat per a estimar distàncies de cossos calculant el temps de vol d'un fes de llum infrarroja, açò és, el temps transcorregut entre l'emissió i la recepció del fes.

Estos dispositius tenen un obturador electrònic incorporat que opera en sincronisme en els polsos de llum infrarroja. La porció del pols bloquejada pel obturador depén del temps d'arribada del pols i la llum integrada en el sensor depén directament de la distància viajada pel pols. La distància es pot calcular en l'equació: z = R (S₂ − S₁) / 2(S₁ + S₂) + R / 2 per a una cambra ideal. R és el ranc, determinat pel temps de vol del pols de llum, S₁ la cantitat de llum rebuda, i S₂ la cantitat de llum bloquejada.^[3]

S'utilisa, hui en dia, en aparats d'adquisició d'imàgens, com escáneres o cambres. D'esta forma, és possible adquirir imàgens i seqüències en 3D. És una tècnica prou senzilla d'aplicar i, per lo tant, econòmicament assequible a l'hora de fabricar aparats d'obtenció de profunditat d'escenaris o cossos.

Sensors 3D

Sensor 3D propietat de l'empresa MESA Imaging.

Sensor 3D propietat de l'empresa PMD Technologies GmbH.

Estos sensors duen incorporats un objectiu i un CCD darrere el qual és capaç de captar la profunditat utilisant TOF en cada píxel d'una matriu de 176 × 144. Tots estos píxels capten individualment l'intensitat, l'amplitut i la fase de l'impuls infrarroig. Si tenim els valors intrínsecs de la cambra (distància focal, distorsió, etc.) és possible calcular estes coordenades 3D. D'esta forma obtenim un conjunt de punts clau formant un mapa de rancs de profunditat I un atre de intensitat per a cada píxel de la matriu a 30 Hz en la resolució mencionada.

Mida de profunditat

Un dels punts bons d'esta tecnologia és la simplicitat per a medir les distàncies:

Bàsica

Per a trobar la distància en la qual es troba un punt en l'espai aplicant TOF tenim que obtindre el temps d'anada i tornada del raig infrarroig junt en la velocitat de la llum c (300 000 000 m/s): $D = \frac{(c \cdot t)}{2}$ La precisió de TOF per adquisició 3D depén de la precisió en la qual medim el temps (la llum tarda 3.3 picosegundos en recórrer 1 mm).

L'escanege del camp de visió es fa punt a punt en una velocitat d'entre 5 000 i 10 000 punts medits per segon, en un temps mijà de procés d'uns 45 minuts. Pero en la ventaja que és capaç de realisar mides fins a 200 metros en un marge d'error de 6 mm aproximadament.

Canvi de fase

La tècnica més utilisada actualment per casi totes les cambres en sensor TOF és el canvi de fase. S'analisa la ACF (funció de autocorrelació) de la senyal elèctrica i òptic utilisant quatre mostres A1, A2, A3, i A4 desfasadas 90 graus cada una. Es troba la fase, sabent que és proporcional en la distància, en la següent fòrmula: $ϕ = a r c t a n \frac{(A 1 - A 3)}{(A 2 - A 4)}$ i la distància D es calcula d'esta forma: $D = \frac{(c \cdot ϕ)}{(4 \cdot π \cdot F_{m})}$ a on la c és la velocitat de la llum,

la fase calculada anteriorment i Fm la freqüència en la que ha segut modulada l'impuls infrarroig (20 MHz).

Ademés, podem trobar atres senyes importants en les quatre mostres agarrades: l'amplitut de la senyal rebuda (a) i el desplaçament de les mostres (b) que representa el valor de l'escala de grises per cada píxel. $a = \frac{\sqrt{{(A 1 - A 3)}^{2} + {(A 2 - A 4)}^{2}}}{2}$

$b = \frac{(A 1 + A 2 + A 3 + A 4)}{4}$ En el canvi de fase es conseguix escanejar més de 100 000 punts per segon en una major velocitat i exactitut (entre 1 o 2 mm d'error).

Si, per eixemple, l'objectiu és capturar un entorn en diferents habitacions, parets o passadiços en qüestió de minuts (aproximadament 4 minuts), esta tecnologia és la més adequada.

Referències

↑ «Cambres basades en temps de vol. Us en la millora de métodos de detecció de cares.».XXXII Jornades d'Automàtica (2011).
↑ «Espectrometria de masses MALDI-TOF».Universitat Autònoma de Madrit.
↑ Medina A(2006).«Compact laser radar and three-dimensional camera».J. Opt. Soc. Am. A.23(4): 800–805.doi:10.1364/JOSAA.23.000800.

Bibliografia

^{[enllaç trencat]}
3D laser scanner.
Sensors externs.
High-Quality Scanning Using Clave-Of-Flight Depth Superresolution.
Archivat el 20 de juliol de 2011 archivat en Wayback Machine.

Referències

Este artícul conté una traducció derivada de «Cámara de tiempo de vuelo» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.

[1] «Cambres basades en temps de vol. Us en la millora de métodos de detecció de cares.».XXXII Jornades d'Automàtica (2011).

[2] «Espectrometria de masses MALDI-TOF».Universitat Autònoma de Madrit.

[Medina_A,_Gayá_F,_and_Pou_F-3] Medina A(2006).«Compact laser radar and three-dimensional camera».J. Opt. Soc. Am. A.23(4): 800–805.doi:10.1364/JOSAA.23.000800.

[1]

[2]

[3]