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psicologia y neurociencias

Cámara de tiempo de vuelo

El tiempo de vuelo o bien TOF (del inglés time-of-flight) es una técnica empleada para apreciar distancias de cuerpos calculando el tiempo pasado entre la emisión y la recepción de un haz de luz infrarrojo. Este impulso está modulado en veinte MHz a fin de que resulte posible distinguirlo de la luz de fondo.

Se emplea, actualmente, en aparatos de adquisición de imágenes, como escáneres o bien cámaras. De este modo, es posible adquirir imágenes y secuencias en 3D. Es una técnica bastante fácil de aplicar y, por consiguiente, a nivel económico accesible en el momento de fabricar aparatos de obtención de profundidad de escenarios o bien cuerpos.

Uno de los puntos buenos de esta tecnología es la simplicidad para medir las distancias:

Para hallar la distancia en la que se halla un punto en el espacio aplicando TOF debemos conseguir el tiempo de ida y retorno del rayo infrarrojo así como la velocidad de la luz c (trescientos cero cero m/s):

La precisión de TOF por adquisición 3D depende de la precisión con la que medimos el tiempo (la luz tarda tres.3 picosegundo a recorrer 1 mm).

La escaneo del campo de visión se hace punto a punto con una velocidad de entre cinco cero y diez cero puntos medidos por segundo, con un tiempo mediano de proceso de unos cuarenta y cinco minutos. Mas con el beneficio que es capaz de efectuar medidas hasta doscientos metros con un margen de fallo de seis mm más o menos.

Cambio de fase

La técnica más usada en nuestros días por prácticamente todas las cámaras con sensor TOF es el cambio de fase. Se examina la ACF (función de autocorrelación) de la señal eléctrica y óptico usando 4 muestras A1, A2, A3, y A4 desfasadas noventa grados cada una. Se halla la fase, a sabiendas de que es proporcional en la distancia, con la próxima fórmula:

y la distancia D se calcula de esta forma:

donde la c es la velocidad de la luz,

la fase calculada previamente y Fm la frecuencia con la que ha sido modulada el impulso infrarrojo (veinte MHz).

Además, podemos hallar otros datos esenciales con las 4 muestras cogidas: la amplitud de la señal recibida (a) y el desplazamiento de las muestras (b) que representa el valor de la escala de grises por cada pixel.

Con el cambio de fase se logra escanear más de cien cero puntos por segundo con una mayor velocidad y precisión (entre 1 o bien dos mm de fallo).

Si, por servirnos de un ejemplo, la meta es apresar un ambiente con diferentes habitaciones, paredes o bien corredores en cuestión de minutos (más o menos unos cuatro minutos), esta tecnología es la más conveniente.

Cámaras con sensores dispositivos de mezclador fotónico o bien PMD (photonic mixer devices). Son sensores 3D con tiempo de vuelo amoldados a la cámara que captan, al unísono, la intensidad y la distancia de cada pixel en contraste a las cámaras usuales, que solo captan la intensidad.

Estas cámaras trabajan con tecnología CMOS aplicando Phase-shift para la medida de profundidad. El proceso de mezcla de la señal eléctrica y óptico se efectúa en cada pixel, formados por 2 electrodes de modulación trasparentes justo en medio para la luz percance, y a los lados, 2 diodes de lectura conectados de manera directa al circuito de lectura de los pixeles.

Si la luz percance es incesante y la modulación es una señal cuadrangular con un ciclo de trabajo del cincuenta por ciento los portadores de carga, generados en el periodo de modulación, se mueven cara la derecha Y cara la izquierda por igual. Mas si la luz percance es modulada con exactamente la misma señal que lo del receptor PMD la diferencia de voltajes del 2 nodos de salida son de forma directa dependiente del retraso en fase entre la modulación de la luz Y del pixel. Con este dato podemos conseguir la distancia entre el sensor Y el objeto.

Para la adquisición de imágenes 3D no solamente nos hace falta un sensor con TOF. El sistema está compuesto por múltiples componentes que afectan los factores finales que definirán la calidad Y la manera de la imagen:

Chip PMD: la parte más esencial de la cámara. Formato por una matriz de pixeles donde el número define la resolución lateral igual que a las cámaras usuales. Además de esto, son los encargados de administrar la información de profundidad con una calidad dependiente de la cantidad de luz recibida, sensibilidad fantasmal, contraste y zona activa del pixel. Ciertos componentes externos como el conversor analógico-digital o bien la electrónica del supervisor de modulación han sido integrados en este chip para facilitar el sistema.
Periféricos: incorporados al módulo de interfaz del PMD. Son esenciales para incorporar peculiaridades y mejoras al sistema. Uno de estos, el supervisor de modulación, define la frecuencia de modulación y la característica de la señal, fundamental por la estabilidad de la fase Y la precisión del sistema. Además de esto, se agrega un dispositivo lógico programable que aporta señales en fase y puede cambiar la frecuencia de modulación para eludir vaguedades de rangos o bien integración de cámaras PMD con muchos sensores TOF.
Fuente de iluminación: define el campo de visión con una potencia óptica máxima y la mejor eficacia óptica. Eminentemente, hay 2 géneros de fuentes de iluminación: fuentes led o bien diodos láser. La eficacia (potencia eléctrica con respecto a la óptica) de los ledes es mayor del treinta por ciento y el circuito es bastante fácil de incorporar, pues, la manera del impulso se hace en el mismo led. Además de esto, el límite de modulación se encuentra entre los veinte-treinta MHz, una modulación de contraste admisible. Un inconveniente de este género de fuente es que una parte del área de iluminación no se emplea para alumbrar el campo de visión. Los diodes láser tienen una eficacia mayor del cincuenta por ciento y tienen una mayor adaptavilidad con el campo de visión que los ledes. Además de esto, es posible usar una frecuencia de modulación mayor de cien MHz. Los inconvenientes de los láser son la complicidad en el momento de incorporar el circuito, se debe tener en consideración otras peculiaridades para sostener una fase estable Y se debe tener singular atención con la salud visual, pues, si se aplica una potencia demasiado alta puede afectar a la visión.Hay que sostener una potencia que garantice la máxima calidad Y al unísono no perjudique.
Óptica: bastante afín a las cámaras usuales, encargada de crear la imagen de la escena. La única diferencia es que cada pixel capta la profundidad con el empleo de tiempo de vuelo tras la una parte de iluminación, por tanto, los efectos de nuboso o bien las múltiples reflexiones pueden crear fallos de distancia. Las cámaras PMD tienen una selección de diferentes objetivos con diferentes distancias focales o bien diferentes campos de visión. Una buena combinación de óptica del receptor con la iluminación da como resultado un buen diseño y una buena calidad.
Herramientas de desarrollo: se le da al usuario interfaces digitales fáciles y controles para incorporar aplicaciones más concretas.

Hoy en día, con el desarrollo y el éxito de las cámaras 3D, se crean y aplicando nuevos sistemas para explotar al límite esta tecnología:

Sistemas para automóviles

La capacidad de advertir distancias es realmente útil en este campo. Existen sensores para advertir objetos próximos en la hora de estacionar; detección para la protección de los viandantes y detección de objetos próximos para eludir colisionamientos. Advirtiendo el ambiente, el vehículo es capaz de reconocer el riesgo y frenar o bien aun alterar su trayectoria. La cámara PMD va incorporada en el retrovisor central, las fuentes de luz a los lados y los detectores de infrarrojos en los faros delanteros, todo conectado a la batería de doce V. Asimismo se agregan sensores delante y detrás para el estacionamiento.

Gracias a esta tecnología se pueden diseñar robots con capacidad de actuar y decidir conforme el ambiente creando un mapa de profundidad de todo el escenario que capta. Si en la mitad de su camino se halla algún obstáculo puede decidir como sortearlo o bien inclús reconocer una persona o bien un objeto y también interactuar con ellos.

Ocio y entretenimiento

En este ámbito asimismo se aprovecha esta clase de cámaras. Con capacidad de captar el movimiento de la persona a través del sensor que manda impulsos infrarrojos para advertir los puntos clave Y reconocer las partes esenciales del cuerpo. Con esto es posible crear un personaje falso que imite los movimientos que el usuario haga frente al televisión.

Un ejemplo de este sistema es el Kinect de Xbox que está desarrollado con esta tecnología.

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