Conozca las diferentes formas en que las empresas utilizan la tecnología de sensores 3D de tiempo de vuelo para crear productos para reconocimiento facial, automóviles inteligentes y fabricación.
Los sensores de tiempo de vuelo (ToF) miden la distancia lineal a un objeto objetivo. Aunque se pueden implementar de varias maneras, todos dependen de una constante física inalterable: la velocidad de la luz.
En esencia, un pulso de onda apunta al objetivo y se mide el tiempo que tarda en regresar. El tiempo se mide para el viaje de ida y vuelta, pero solo nos preocupa el viaje de ida, por lo que se divide por la mitad. Ahora tenemos velocidad como la velocidad de la luz y el tiempo. Como la distancia es igual a la velocidad multiplicada por el tiempo, la distancia se puede calcular fácilmente.
Hay dos variaciones comunes sobre este tema:
Por supuesto, esto es solo una breve descripción de la tecnología. Para implementar estos sensores de manera más efectiva en los diseños, es una buena idea aprender más sobre la tecnología de tiempo de vuelo.
La tecnología ToF está disponible en muchas formas diferentes. Hay chips que contienen los transmisores y receptores ópticos reales a bordo, y otros que funcionan con cámaras externas.
Debido a que algunas de las aplicaciones son móviles y otras están instaladas, el consumo de energía puede o no ser un factor crítico.
El reconocimiento facial requerirá mucha más resolución que una aplicación que sirva para indicar si una persona está ocupando una zona de exclusión por error (¡o no!). Una aplicación de fabricación de visión artificial puede requerir una resolución formidable, pero solo se ocupará de lo que sucede a uno o dos centímetros de distancia.
Veamos cómo las empresas utilizan la detección de ToF en sus productos.
El sensor OPT8241 ToF, junto con el controlador OPT9221 ToF de TI, forma una solución de dos chips para crear una cámara 3D.
Así es como el sensor y el controlador dividen la carga de trabajo.
El sensor de tiempo de vuelo OPT8241 (ToF) ofrece una resolución de matriz de gráficos de video de cuarto (320 x 240) a velocidades de cuadro de datos de hasta 150 cuadros por segundo (600 lecturas por segundo). La programabilidad del generador de temporización ofrece la capacidad de optimizar varias métricas de rendimiento de detección de profundidad, incluido el consumo de energía del dispositivo, la relación señal / ruido y la cancelación ambiental. La unidad está disponible en un paquete óptico optimizado (COG-78), 8.757 mm × 7.859 mm × 0.7 mm.
El controlador de tiempo de vuelo (TFC) OPT9221 es un dispositivo complementario para el sensor 3D ToF OPT8241. Su trabajo es calcular los datos de profundidad a partir de los datos sin procesar del sensor digitalizado. Al trabajar con el OPT8241, la unidad recopila información que se utilizará para implementar filtros y máscaras y para controlar dinámicamente la configuración general del sistema para el rendimiento previsto. Este dispositivo viene en un paquete NFBGA de 256 pines, 9 mm × 9 mm.
En su literatura, TI sugiere tres aplicaciones probables para el dúo:
El EPC660 de Espros es un chip de imagen 3D-TOF que funciona con la cámara de medición de distancia DME 660 de la compañía. Es un sistema de cámara de sistema en chip (SOC) que se comunica a través de una interfaz de video paralela de 12 bits. Solo se necesitan unos pocos componentes adicionales para integrar una cámara 3D en dispositivos móviles.
La unidad puede resolver distancias objetivo con una resolución en el rango de milímetros, incluso si están a una distancia de hasta 100 metros. Se pueden tomar hasta 1000 imágenes TOF por segundo.
El EPC660 encontrará uso en aplicaciones que incluyen:
El sensor de tiempo de vuelo TMF8701 de AMS viene en un pequeño paquete de 2.2 mm x 3.6 mm x 1.0 mm. Su longitud de onda operativa es de 940 nanómetros. Es un dispositivo VCSEL (láser de emisión de superficie de cavidad vertical), una tecnología que goza de muchas ventajas en comparación con los dispositivos orientados horizontalmente.
La metodología utilizada por muchos fabricantes funciona en longitudes de onda de menos de 1000 nanómetros (un micrómetro). 850 nanómetros y 940 nanómetros son opciones típicas. Los problemas aquí son dobles:
La visión humana se extiende de aproximadamente 380 a 740 nanómetros, y la retina puede absorber energía a 850 nanómetros y 940 nanómetros. Por lo tanto, los sistemas que operan en estas frecuencias presentan graves riesgos para la visión humana.
El sol emite gran parte de su energía en el rango submicrométrico, por lo que cualquier sistema de medición que funcione en este rango sufrirá una interferencia solar abrumadora.
Por estas razones, los fabricantes quieren alejarse de las longitudes de onda casi visibles, pasando de 940 nanómetros a las áreas de 1000 nanómetros y más. El problema ha sido poder detectar de manera confiable las señales reflejadas en estas longitudes de onda más altas.
La nueva tecnología explotada por la serie de dispositivos Explore integra GeSi como el material de absorción de luz en una oblea de silicio CMOS. Esta nueva metodología extiende efectivamente el límite de longitud de onda viable hasta 1550 nm. La compañía ha combinado métodos GeSi con frecuencias de modulación de 300 MHz y superiores. El resultado es una mayor precisión, un rendimiento mejorado a la luz solar y una reducción del riesgo de daño ocular.
Artilux ha desarrollado esta tecnología en cooperación con TSMC. Los primeros sensores de imagen 3D ToF de amplio espectro de la nueva serie Explore, con múltiples resoluciones y socios del ecosistema, se anunciarán en el primer trimestre de 2020.
La tecnología de tiempo de vuelo, aunque no es nueva, está atrayendo mucho interés últimamente, particularmente de los fabricantes de teléfonos inteligentes. Las grandes mejoras en el reconocimiento facial para dispositivos de gama alta y la disponibilidad más abajo en la cadena alimentaria parecen estar a la vista.
Hay muchos rumores, pero pocas especificaciones concretas. Espere ver grandes alianzas entre los vendedores de teléfonos inteligentes y los productores de cámaras ToF y chips de sensores en un futuro muy cercano.
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