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¿Qué es una Cámara TOF?

Una cámara TOF (time-of-flight) es una cámara que visualiza la distancia a un objeto midiendo el tiempo de vuelo de la luz.

La luz infrarroja se utiliza principalmente para medir la distancia a un objeto. Se mide el tiempo que tarda la luz infrarroja irradiada en regresar del objeto, y a partir de ese tiempo se calcula la distancia.

Mientras que una cámara normal sólo puede obtener información bidimensional sobre un objeto, una imagen tomada con una cámara ToF incluye información de profundidad, lo que permite obtener información tridimensional. El método de adquirir información a través de imágenes, como con una cámara, se denomina "3D-TOF", mientras que el método de simplemente conocer la distancia se denomina "1D-ToF".

Usos de las Cámaras TOF

Las cámaras TOF tienen una amplia gama de aplicaciones en la industria, la medicina y otros campos, como se indica a continuación:

1. Reconocimiento de Personas y Formas

Las cámaras TOF se utilizan para el reconocimiento de personas y formas. Las cámaras TOF pueden utilizarse para reconocer el movimiento de un paciente en un hospital y ser útiles a la hora de vigilarlo. También pueden instalarse en tiendas para seguir los movimientos de la gente y utilizarse para contar el número de personas.

Otros usos de las cámaras TOF son en el funcionamiento automatizado de los coches. Las cámaras TOF pueden utilizarse para detectar peatones y evitar que los coches los atropellen por detrás.

2. Detección de Objetos y Control de la Seguridad

Las cámaras TOF se utilizan en fábricas y otros centros de producción para la detección de objetos y la supervisión de la seguridad. Las cámaras TOF pueden acoplarse a robots industriales y equipos de transporte para detectar la intrusión de objetos.

Además, cuando las cámaras TOF se instalan en prensas, robots y otras fuentes de peligro, es posible identificar si el objeto que se aproxima es un objeto transportado o una persona. Cuando se utilizan para observar cultivos agrícolas, la medición de su tamaño y forma puede servir para determinar cuándo cosecharlos.

3. Aplicación a Teléfonos Inteligentes

Los sensores de imagen a distancia TOF se utilizan cada vez más en los teléfonos inteligentes, que pueden captar con precisión los movimientos físicos de los jugadores y reflejarlos en los juegos.

Asimismo, al comprar o vender algo en un sitio de comercio electrónico, será posible medir y mostrar las dimensiones del objeto al instante. Además, las cámaras ToF también se utilizan para el reconocimiento facial al iniciar sesión en smartphones.

Al identificar la forma de la cara con las cámaras TOF, se realiza la función de reconocimiento facial. A diferencia de las cámaras normales, las cámaras ToF pueden evitar la suplantación de identidad porque reconocen la cara del propietario como una mera superficie plana, aunque se utilice una foto de la cara del propietario.

Principio de las Cámaras TOF

Las cámaras TOF constan de un objetivo, un detector que detecta la luz y una fuente de luz que se sincroniza con el detector. La luz de referencia emitida por la fuente de luz incorporada se refleja en el objeto y se mide el tiempo que tarda en llegar al detector (tiempo de vuelo).

La velocidad de la luz es de unos 300.000 km/s y es una constante invariante. Por lo tanto, sabemos que la distancia del grano objetivo es la mitad del producto de las dos.

Tipos de Cámaras TOF

Existen dos tipos principales de métodos de medición del tiempo de vuelo: TOF directo y TOF indirecto.

1. Método TOF Directo

En el método TOF directo, se irradia un pulso de luz como luz de referencia y se detecta el pulso de luz reflejado. Este método mide el tiempo de vuelo midiendo directamente el tiempo desde la irradiación hasta la detección.

Simultáneamente, con la irradiación de la luz de referencia, se genera dentro del circuito de medida una corriente de pulso de medida con una anchura y un periodo conocidos. El tiempo de vuelo puede medirse a partir de la diferencia entre el tiempo en que la corriente de impulsos es generada por el detector y el tiempo en que la corriente de impulsos es generada por la corriente de impulsos de medición y la luz reflejada.

2. Método TOF Indirecto

El método TOF indirecto determina la distancia a partir del desfase con una luz de referencia. La amplitud de la onda continua emitida por la fuente de luz se modula para generar una onda sinusoidal con una frecuencia conocida.

Ésta se irradia sobre el objeto como luz de referencia, y se detecta el desplazamiento de fase de la luz reflejada por el objeto. El desplazamiento de fase puede convertirse en una diferencia de tiempo utilizando la frecuencia de la onda sinusoidal. Esto permite calcular el tiempo de vuelo.

Concretamente, la intensidad de la luz reflejada se mide cuatro veces para un periodo de luz de referencia. Mediante una transformación discreta de Fourier, se puede obtener el desfase con respecto a la luz de referencia.

Otra Información sobre las Cámaras TOF

Ventajas de las Cámaras TOF

Entre las ventajas del método ToF se incluyen su pequeño tamaño, la baja carga de la CPU y la posibilidad de utilizarlo en lugares oscuros. A continuación se explica cada una de estas ventajas.

1.  Puede Utilizarse en Lugares Oscuros
   La ventaja de las cámaras TOF es que pueden utilizarse en la oscuridad porque utilizan luz infrarroja en lugar de luz visible. Se puede obtener información tridimensional de los objetos incluso cuando no hay ninguna fuente de luz en los alrededores.
2.  Tamaño Reducido y Baja Carga de CPU
   Las cámaras TOF tienen una configuración de dispositivo sencilla, lo que les permite ser más pequeñas que los sistemas de luz estructurada. Otra característica atractiva es su baja carga de CPU.
   Cuando se considera incorporar un sensor TOF a un equipo de producción utilizado en un centro de fabricación, una baja carga de CPU reduce el riesgo de retrasos y permite construir un sistema de producción estable.
3. También hay Productos de Bajo Costo
   Las cámaras TOF no sólo son caras, sino también baratas, dependiendo de las especificaciones. Dado que el precio de las cámaras TOF varía mucho en función de las especificaciones, se recomienda considerar el precio de las cámaras TOF en relación con las especificaciones que necesita antes de comprar.