3D para todos
La tecnología «Time-of-Flight» como tecnología clave para aplicaciones 3D con precios competitivos
Nion es la primera cámara 3D desarrollada por la propia IDS y ha sido diseñada para ofrecer una introducción económica a la captura 3D. De este modo, complementa las soluciones existentes en el segmento de alta precisión, como, por ejemplo, las cámaras de visión estereoscópica Ensenso. El sensor de profundidad de onsemi utilizado se basa en la tecnología indirecta de tiempo de vuelo, proporciona datos de profundidad de alta resolución y funciona de manera estable incluso en condiciones de iluminación variables, tanto en interiores como en exteriores. Por ello, Nion resulta especialmente adecuado para aplicaciones industriales que requieren información de profundidad fiable, sin la complejidad de los sistemas 3D de gama alta tradicionales. En este artículo, Patrick Schick, Product Manager 3D Vision en IDS, explica los antecedentes y las decisiones técnicas relacionadas con Nion, analiza la tecnología iToF y destaca sus campos sus aplicaciones típicas.
IDS se adentra en el sector del iToF 3D con Nion
Con las cámaras visión estereoscópica Ensenso, IDS lleva muchos años presente en el sector del 3D. Nion amplía esta gama con una cámara de tiempo de vuelo propia de categoría básica.
Patrick Schick: «Con la Nion nos adentramos deliberadamente en un nuevo segmento de mercado. Ensenso sigue siendo nuestra solución cuando se requiere la máxima calidad de datos y precisión en la profundidad. Nion está destinado a aplicaciones que requieren datos de profundidad estables, pero no la precisión total de los sistemas de medición 3D complejos. Esta cámara completa la gama en el segmento de precios más económicos y ofrece una opción para los usuarios que desean utilizar el 3D de forma práctica y versátil».
El papel de la tecnología iToF en el procesamiento de imágenes 3D
Los sensores ToF indirectos (iToF) determinan las distancias midiendo el desfase entre la luz modulada emitida y la luz reflejada. Este método ofrece una mayor precisión y resolución que muchos enfoques ToF directos, en los que se mide el tiempo de propagación del pulso de luz. Los sensores iToF se utilizan con frecuencia en la automatización industrial, la robótica y el escaneo 3D.
Patrick Schick: «Para nosotros, iToF es un componente lógico de nuestra cartera de productos 3D. Esta tecnología ofrece una alta resolución espacial y funciona de forma estable incluso en movimiento. Permite generar información de profundidad en tiempo real sin necesidad de realizar complejos cálculos fuera del sensor. «Eso es precisamente lo que necesitan muchas aplicaciones industriales: datos de profundidad fiables que sean fáciles de utilizar».
Nion apuesta por un moderno sensor iToF con detección de profundidad integrada
El sensor onsemi AF0130 de la serie Hyperlux ofrece una resolución XY de 1,2 megapíxeles y, gracias a frecuencias de modulación de hasta 200 MHz, también una alta resolución en profundidad. Además, el sensor captura las cuatro imágenes de fase necesarias para la tecnología iToF antes de que se lean en su totalidad.
Patrick Schick: «Nos hemos decidido por el sensor Hyperlux porque cumple varios requisitos a la vez. Con una resolución de 1280 × 960 píxeles, ofrece una densidad de datos cuatro veces superior a la de las cámaras VGA-ToF habituales en el mercado, procesa la información de profundidad directamente en el sensor y suprime la luz ambiental de forma muy eficaz. La amplia gama de frecuencias de modulación permite cubrir diferentes distancias, desde el alcance cercano hasta distancias de trabajo más largas. De este modo, podemos ofrecer una cámara que ofrece resultados fiables en numerosas situaciones».
Detección de profundidad estable ante el movimiento en escenas dinámicas
Una característica fundamental de la Nion es su bajo nivel de desenfoque por movimiento. Esto es especialmente importante para la logística, la tecnología de transporte o las aplicaciones con piezas giratorias. Ya que el desenfoque por movimiento provoca valores de profundidad inestables.
Patrick Schick: «Para obtener información sobre la profundidad, los sensores iToF necesitan varias imágenes de fase de la misma escena. En muchas cámaras ToF, estas imágenes de fase se exponen sucesivamente y se leen del sensor una por una. Entre estas exposiciones transcurre un tiempo. Si el objeto se mueve mientras tanto, las imágenes de fase ya no coinciden exactamente. La cámara calcula la profundidad a partir de información de la imagen que ya no coincide. Esto provoca desenfoque en la profundidad. En el sensor Hyperlux de onsemi que incorpora el Nion, todas las imágenes de fase se almacenan temporalmente en el sensor antes de ser leídas en bloque. De este modo, las exposiciones se realizan prácticamente sin interrupción. De este modo, las imágenes siguen coincidiendo y los valores de profundidad se mantienen estables, incluso cuando los objetos se mueven rápidamente por la imagen».
Estable con cambios de luz: Uso en interiores y exteriores
Nion está diseñado para su uso en interiores y exteriores. La base es la elevada sensibilidad espectral del sensor iToF utilizado en el rango de 940 nm, en combinación con la luz láser adecuada en el mismo rango de longitudes de onda.
Patrick Schick: «Nion opera en el rango de 940 nm, por lo que es considerablemente menos sensible a la luz solar y a muchas fuentes de luz artificial, que se sitúan principalmente en otros rangos de longitudes de onda. Esto es importante para centros logísticos, naves de producción o zonas exteriores. Los usuarios no tienen que prever el uso de costosos obturadores o carcasas para obtener datos útiles. En estas situaciones, la cámara proporciona imágenes de profundidad estables que pueden analizarse directamente».
Ámbitos de aplicación típicos de Nion
Nion es adecuado para numerosas tareas industriales. La cámara proporciona información sobre la profundidad en escenas con distancias, tamaños de objetos y movimientos variables. Funciona como un sistema ToF versátil, por lo que resulta ideal para cualquier entorno en el que se requiera un escaneo 3D flexible y resistente.
Patrick Schick: «La logística es un tema importante. Se trata de detectar, seguir o medir objetos sin interrumpir los procesos. La cámara detecta paquetes y otras mercancías independientemente de su tamaño y distancia, y además funciona con estabilidad incluso en movimiento. También resultan interesantes aplicaciones como los controles de nivel o las comprobaciones de presencia. En muchos casos, es posible mantener los procesos 2D existentes y ampliarlos puntualmente con datos de profundidad, siempre que ello resulte útil para la toma de decisiones en el proceso».
Fácil integración en los sistemas existentes
Para su uso industrial, la integración en los entornos de software existentes es fundamental. Nion es compatible con GigE Vision y está totalmente integrado en los entornos de software de IDS.
Patrick Schick: «Queríamos una cámara 3D que se pudiera utilizar como una cámara industrial convencional. Para ello, Nion cumple con los estándares GigE Vision y está totalmente integrado en nuestro Software IDS peak. Esto significa que los usuarios no necesitan soluciones especiales poco comunes, sino que pueden integrar la cámara en las herramientas y aplicaciones existentes sin gran esfuerzo. Además, al igual que cualquier otra cámara de visión 2D de IDS, la Nion está totalmente integrada en el IDS peak cockpit. De este modo, el esfuerzo necesario para iniciarse en el 3D se reduce considerablemente».
Diferencias con respecto a las tecnologías 3D de alta precisión
En el mercado existen diversos enfoques de 3D, entre ellos los sistemas de visión estereoscópica activa, como Ensenso, que ofrecen la máxima precisión. Sin embargo, Nion se adapta a otros escenarios de aplicación.
Patrick Schick: «Las tecnologías 3D de alta precisión, como Active Stereovision, son la opción ideal cuando se trata de detalles minuciosos, la máxima precisión en la profundidad y tareas de medición complejas. Nion tiene un posicionamiento diferente. La cámara debe ofrecer datos de profundidad fiables a un precio asequible, con un claro énfasis en la facilidad de uso y la integración. No sustituye a los sistemas 3D de gama alta, sino que amplía la gama de posibilidades cuando las aplicaciones requieren información de profundidad fiable, aunque no de máxima precisión».
Ampliación de la línea de productos 3D
Nion se ha concebido como el primer elemento de una nueva familia de modelos 3D. IDS tiene previsto realizar ampliaciones en diferentes ámbitos.
Patrick Schick: «Hemos decidido tomarnos nuestro tiempo para el lanzamiento al mercado de la cámara Nion, hemos probado prototipos y hemos recogido muchos testimonios. Esta experiencia también se aplica a otros modelos. Son posibles variantes con un campo de visión más amplio, capacidades multicámara o funciones adicionales. El objetivo es crear una línea de productos en 3D que cubra todas las necesidades y ofrezca a nuestros clientes las soluciones más adecuadas en cada caso».
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