Che cos’è il tempo di volo (ToF)?
Il tempo di volo (Time of Flight) è una tecnica di imaging che consente di ottenere immagini tridimensionali di oggetti senza la necessità di scansionarli direttamente. Questo metodo sfrutta l’illuminazione dell’oggetto con una sorgente luminosa modulata. La posizione
viene quindi determinata dal tempo di percorrenza di un impulso di luce inviato dall’emettitore e dal suo ritorno al sensore dopo essere stato riflesso da un oggetto. Questo intervallo temporale è noto come tempo di volo, da cui deriva il nome della tecnica Time of Flight (Tof). Utilizzando questa informazione temporale, è possibile calcolare con precisione la distanza tra l’oggetto e il sensore, consentendo la creazione di immagini tridimensionali dettagliate.
Esempio funzionamento della tecnologia Time of Flight
Sensori a tempo di volo: una svolta nell’accuratezza
Le telecamere a tempo di volo sono state storicamente oggetto di dibattiti riguardo alla loro precisione. A causa dei loro sensori limitati erano capaci di offrire solo una modesta accuratezza, solitamente nell’ordine di 1-2 centimetri, senza apportare un miglioramento significativo nella frequenza dei fotogrammi.
Tuttavia, i moderni sensori offrono una precisione millimetrica, ideale per applicazioni di visione ad alto livello. Il sensore ToF IMX556 DepthSense, con tecnologie come CAPD e retroilluminazione (BSI), supera le precedenti soluzioni ToF sul mercato, garantendo una profondità più accurata.
Sensore DepthSense IMX556 di Sony
Funzionamento delle telecamere a tempo di volo
Per comprendere il funzionamento delle telecamere 3D ToF, è fondamentale conoscere la loro struttura e i componenti che le distinguono dai sistemi di imaging tradizionali:
– Un obiettivo, che serve a focalizzare la luce sull’oggetto da catturare.
– Una sorgente luminosa integrata, che emette impulsi di luce infrarossa (IR) verso l’oggetto.
– Un sensore Time-of-Flight (ToF), il nucleo essenziale della telecamera, che lavora in tandem con la luce IR. Questo sensore è in grado di misurare con precisione il tempo che impiega la luce infrarossa per viaggiare dall’emettitore all’oggetto e tornare. È grazie a questo processo che vengono acquisite le informazioni di profondità dell’oggetto.
– Un’interfaccia che elabora e memorizza le informazioni di ogni pixel dell’immagine, rendendole disponibili per analisi e utilizzo successivo.
La potenza delle telecamere a tempo di volo nelle applicazioni di visione artificiale risiede nella loro capacità intrinseca di catturare informazioni di profondità in modo naturale. Questa tecnica di misurazione delle distanze e dei dati di profondità è indipendente dall’intensità e dal colore dell’oggetto, consentendo una separazione efficace dell’oggetto dallo sfondo attraverso l’uso di algoritmi relativamente semplici.
Vantaggi e svantaggi del tempo di volo
Le telecamere 3D ToF rappresentano una soluzione interessante per una vasta gamma di applicazioni di visione industriale, offrendo diversi vantaggi rispetto ad altre soluzioni di imaging 3D.
Innanzitutto, grazie alla loro struttura compatta, le telecamere ToF possono essere installate con maggiore facilità rispetto ad altre tecniche di imaging 3D, consentendo un risparmio di tempo e denaro nell’implementazione. Il Time-of-Flight si distingue per la sua facilità di installazione e si conferma come la tecnologia di telecamere 3D più economica rispetto alla visione stereo e alla profilatura 3D.
Le telecamere a tempo di volo offrono una frequenza di fotogrammi eccezionalmente elevata di circa 60 Hz. Ciò significa che il ToF è in grado di gestire sia oggetti in movimento che scene statiche con grande efficacia.
Tuttavia, è importante tenere presente che nonostante i vantaggi offerti, le telecamere ToF potrebbero non essere la scelta ideale in tutte le situazioni, poiché potrebbero non garantire la stessa precisione di altre tecnologie 3D, come ad esempio la profilazione laser. Pertanto, è fondamentale valutare attentamente i requisiti specifici dell’applicazione prima di scegliere la soluzione di imaging più adatta.
E’ importante sottolineare che la precisione della sorgente di luce infrarossa (IR) pulsata è di fondamentale importanza per garantire misurazioni accurate. Gli impulsi luminosi devono avere una durata identica sia in termini di tempi di salita che di discesa, poiché il sistema è estremamente sensibile alle variazioni. Anche una deviazione di un nanosecondo tra gli impulsi può causare errori significativi nella misurazione delle distanze laser con tecnologia a tempo di volo.
Diversi fattori possono influenzare l’accuratezza della ricostruzione 3D, tra cui le riflessioni multiple, la diffusione della luce, le dimensioni dell’area di lavoro, la temperatura, la trasparenza e l’illuminazione ambientale. Per minimizzare tali errori, è consigliabile effettuare le misurazioni al centro dell’area di lavoro ed evitare di lavorare in ambienti con molte riflessioni multiple o con luce ambientale variabile.
Una posizione stabile della telecamera e l’uso di filtri antirumore, sia spaziali che temporali, contribuiscono ulteriormente a migliorare la precisione del sistema. Inoltre, il tempo di volo può offrire un vantaggio significativo quando si lavora in ambienti scarsamente illuminati, poiché i risultati ottenuti saranno meno influenzati dalle fluttuazioni dell’illuminazione ambientale, portando a una maggiore precisione complessiva delle misurazioni.
Come scegliere la giusta telecamera a tempo di volo
Per una scelta ottimale della telecamera ToF, consigliamo di dare un’occhiata alla serie Helios di LUCID Vision Labs. Questa gamma include le telecamere 3D Helios2, Helios2+, Helios2 Wide, dotata di obiettivo grandangolare con un angolo di campo di 108º, e la versatile Helios2 Ray, ideale per applicazioni outdoor.
LUCID Helios2 è una famiglia di telecamera Time-of-Flight 3D con grado di protezione IP67 “factory tough”, dotate di sensore IMX556PLR DepthSense di Sony. Le telecamere Lucid sono ideali per una vasta gamma di applicazioni 3D industriali, tra cui robotica, ispezione 3D e logistica ed includono la movimentazione avanzata dei materiali, pick and place, smistamento, pallettizzazione, de-pallettizzazione, stima dei volumi e altro ancora.
Telecamera 3D Time of Flight LUCID Helios2
Le telecamere LUCID sono ben supportate dal software Arena SDK per l’elaborazione delle immagini e il rendering delle nuvole di punti, e possono essere utilizzate anche con l’ambiente di sviluppo Zebra Aurora Design Assistant (Ex. Matrox Design Assistant X) o le librerie Aurora Imaging Library (Ex. MIL X).
Software Zebra Aurora Design Assistant
Per ulteriori informazioni non esitare a contattarci, ti aiuteremo nella scelta del modello di telecamera 3D ottimale per la tua applicazione industriale.
SCHEDE DEI PRODOTTI
