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54 - ELETTRONICA OGGI 488 - SETTEMBRE 2020 COMPONENTS OPTICAL SENSORS L a tecnologia sta rendendo i nostri dispositivi più interattivi in modo tridimensionale. In questo senso i sistemi di visione sono un importante fattore abilitante, perché operando su tre dimensioni introducono una percezione di profondità, e ciò ag- giunge contesto a una scena in misura considerevole. Una breve panoramica sulla tecnologia a tempo di volo La vita animale si basa generalmente sulla visione stere- oscopica per fornire una percezione della profondità, ma in termini di visione industriale, le opzioni si ampliano fino a includere le tecnologie a luce strutturata e a tem- po di volo (ToF). La tecnologia a luce strutturata funzio- na sulla base della misura delle deformazioni all’interno di un modello noto, riflesse da un oggetto nel campo visivo; le ombre proiettate dagli edifici in una giornata di sole illustrano il concetto, ma non danno idea dello sforzo di elaborazione richiesto per dare un senso alle forme create. Il cervello è particolarmente abile nell’e- laborare scene contenenti schemi di luce strutturata, ma per imitarlo in un sistema di visione sono necessa- ri livelli comparabili di risorse di calcolo. D’altra parte, la tecnologia ToF potrebbe essere un po’ più ostica da comprendere, ma richiede una potenza di elaborazione di gran lunga inferiore per implementarla artificialmen- te, rendendola fattibile in molte più applicazioni. Si ricor- re a una soluzione ToF per identificare e monitorare gli oggetti in movimento all’interno di un campo visivo, con un alto grado di risoluzione e in 3D, aspetti questi che la rendono particolarmente adatta per rilevare i gesti delle mani nello spazio libero. I produttori automotive stanno attualmente esplorando questo concetto per fornire una forma di interfaccia HMI senza contatto per i conducenti. Il principio alla base della tecnologia ToF prevede la misura dello spostamento di fase di un segnale modu- lato e, a tale riguardo, il modo in cui la luce si comporta è simile al modo in cui qualsiasi forma d’onda nello spettro RF si comporta nel dominio del tempo. Il tempo impiegato da un’onda per percorrere una distanza è prevedibile, così come lo spostamento di fase che si produce in quell’intervallo di tempo; queste informa- zioni consentono di calcolare lo spostamento di fase in un segnale riflesso. Tale misura corrisponderà alla distanza tra la sorgente luminosa e il sensore. La mi- sura ottica delle distanze è il modo in cui, ad esempio, molte fotocamere digitali effettuano la messa a fuoco automatica, ma la risoluzione offerta da quest’ultima non è adatta per il riconoscimento dei gesti. Attraverso una matrice di sensori ottici che catturano la luce riflessa da un oggetto e un processore che la confronta con il modello originale, una fotocamera ToF può essere utilizzata più o meno allo stesso modo di una fotocamera tradizionale, ma offre un’alta risoluzio- ne nella percezione della profondità, anziché limitarsi puramente al contrasto. Con l’aggiunta di ottiche adat- te, la tecnologia è in grado di offrire un ampio campo visivo e di fornire ottimi risultati in numerose applica- zioni. Come sfruttare la tecnologia ToF La tecnologia ToF è ad oggi utilizzata dalle case au- tomobilistiche per assicurare il rilevamento e il mo- nitoraggio degli occupanti in modo non invasivo. Uno dei prerequisiti per l’utilizzo delle fotocamere ToF è la presenza di una sorgente di luce modulata e, quando si opera nella parte non visibile dello spettro, questo significa in genere un LED IR o un VCSEL (laser a cavi- Tecnologia ToF per il monitoraggio a bordo dell’auto con l’imaging 3D Melexis ha sviluppato un kit di valutazione completo per le proprie soluzioni ToF che offre ai progettisti la possibilità di valutare le prestazioni e la convenienza della tecnologia LED e VCSEL per la propria applicazione Gualtiero Bagnuoli Responsabile Marketing Sensori Ottici Melexis