Recent Advances in Computational Time-of-Flight Imaging

Abstract

Las cámaras de tiempo de vuelo (ToF) son dispositivos de imagen 3D que capturan la geometría de una escena, aprovechando que el tiempo de viaje de los fotones está directamente relacionado con la distancia recorrida. Este tipo de sensor es muy prometedor en áreas de aplicación emergentes, pero varias deficiencias dificultan su uso. En concreto, nos centramos en el consumo de energía relativamente alto en comparación con las cámaras convencionales, el rango limitado en el que se puede estimar la profundidad con precisión y las distorsiones de medición producidas por el contenido armónico de las formas de onda de modulación/demodulación y la interferencia multitrayecto. En este trabajo, presentamos avances recientes en la computación de imágenes ToF con el objetivo de superar estas limitaciones, permitiendo el funcionamiento pasivo en interiores, el funcionamiento a largo plazo en exteriores y la realización de operaciones de onda continua multifrecuencia de un solo disparo con mínima distorsión armónica. El funcionamiento pasivo se logra aprovechando fuentes de luz modulada, como los módulos LiFi o de Comunicaciones por Luz Visible (VLC). De forma independiente, se pueden obtener ganancias en el rango operativo mediante la conformación de pulsos ultracortos combinada con demodulación codificada de baja densidad. Se logra un muestreo de Fourier preciso con mínima distorsión armónica mediante la inducción de efectos de resonancia personalizados en los píxeles del tiempo de vuelo. Los resultados iniciales de la evaluación demuestran el potencial de estos enfoques computacionales de imágenes 3D para superar las limitaciones mencionadas.