Wiadomości - podstawowa zasada i zastosowanie systemu TOF (czas lotu)

Subskrybuj nasze media społecznościowe w celu uzyskania szybkiego postu

Ta seria ma na celu zapewnienie czytelnikom dogłębnego i postępowego zrozumienia systemu czasu lotu (TOF). Treść obejmuje kompleksowy przegląd systemów TOF, w tym szczegółowe wyjaśnienia zarówno pośredniego TOF (ITOF), jak i bezpośredniego TOF (DTOF). Sekcje te zagłębiają się w parametry systemu, ich zalety i wady oraz różne algorytmy. Artykuł bada także różne elementy systemów TOF, takie jak lasery emitujące powierzchnię wnęki pionowej (VCSEL), soczewki transmisji i odbioru, czujniki odbierające, takie jak CIS, APD, SPAD, SIPM i kierowcy, takie jak ASICS.

Wprowadzenie do TOF (czas lotu)

Podstawowe zasady

TOF, stojący na czas lotu, jest metodą stosowaną do pomiaru odległości poprzez obliczenie czasu potrzebnego do przebycia światła na określoną odległość w medium. Zasada ta jest stosowana przede wszystkim w scenariuszach optycznych TOF i jest stosunkowo prosta. Proces ten obejmuje źródło światła emitujące wiązkę światła, z zarejestrowanym czasem emisji. Światło to następnie odbija się od celu, jest przechwytujące przez odbiornik i odnotowano czas odbioru. Różnica w tych czasach, oznaczona jako t, określa odległość (d = prędkość światła (c) × t / 2).

Rodzaje czujników TOF

Istnieją dwa podstawowe typy czujników TOF: optyczne i elektromagnetyczne. Optyczne czujniki TOF, które są bardziej powszechne, wykorzystują impulsy świetlne, zwykle w zakresie podczerwieni, do pomiaru odległości. Impulsy te są emitowane z czujnika, odbijają obiekt i wracają do czujnika, w którym czas podróży jest mierzony i wykorzystywany do obliczenia odległości. Natomiast elektromagnetyczne czujniki TOF wykorzystują fale elektromagnetyczne, takie jak radar lub lidar, do pomiaru odległości. Działają na podobnej zasadzie, ale używają innego medium dlapomiar odległości.

Zastosowania czujników TOF

Czujniki TOF są wszechstronne i zostały zintegrowane z różnymi dziedzinami:

Robotyka:Używane do wykrywania i nawigacji przeszkód. Na przykład roboty takie jak Roomba i Boston Dynamics 'Atlas wykorzystują kamery głębokości TOF do mapowania otoczenia i ruchów planowania.

Systemy bezpieczeństwa:Wspólne czujniki ruchu do wykrywania intruzów, wyzwalających alarmy lub aktywacji systemów kamer.

Przemysł motoryzacyjny:Włączone do systemów wspomagania kierowcy do adaptacyjnego kontroli rejsów i unikania kolizji, stając się coraz bardziej powszechne w nowych modelach pojazdów.

Pole medyczne: Zatrudniony w obrazowaniu nieinwazyjnym i diagnostyce, takich jak optyczna tomografia koherencyjna (OCT), wytwarzające obrazy tkankowe o wysokiej rozdzielczości.

Elektronika konsumpcyjna: Zintegrowany z smartfonami, tabletami i laptopami w celu uzyskania takich funkcji, jak rozpoznawanie twarzy, uwierzytelnianie biometryczne i rozpoznawanie gestów.

Drony:Wykorzystywane do nawigacji, unikania kolizji oraz w rozwiązywaniu problemów związanych z prywatnością i lotnictwem

Architektura systemu TOF

Typowy system TOF składa się z kilku kluczowych elementów, aby osiągnąć pomiar odległości zgodnie z opisem:

· Nadajnik (TX):Obejmuje to źródło światła laserowego, głównieVCSEL, obwód sterownika ASIC w celu napędzania lasera, oraz komponenty optyczne do kontroli wiązki, takie jak soczewki kolimacyjne lub dyfrakcyjne elementy optyczne i filtry.
· Odbiornik (Rx):Składa się z soczewek i filtrów na końcu odbiorczym, czujników takich jak CIS, SPAD lub SIPM w zależności od systemu TOF oraz procesora sygnału obrazu (ISP) do przetwarzania dużych ilości danych z układu odbiornika.
·Zarządzanie energią:Zarządzanie stabilnymBieżąca kontrola VCSEL i wysokie napięcie dla SPAD ma kluczowe znaczenie, wymagające solidnego zarządzania energią.
· Warstwa oprogramowania:Obejmuje to oprogramowanie układowe, SDK, OS i warstwę aplikacji.

Architektura pokazuje, w jaki sposób wiązka laserowa, pochodząca z VCSEL i modyfikowana przez komponenty optyczne, przemieszcza przestrzeń, odzwierciedla obiekt i wraca do odbiornika. Obliczenie upływu czasu w tym procesie ujawnia informacje o odległości lub głębokości. Jednak ta architektura nie obejmuje ścieżek hałasu, takich jak hałas indukowany światłem słonecznym lub hałas wieloosobowy z odbicia, które omówiono w dalszej części serii.

Klasyfikacja systemów TOF

Systemy TOF są przede wszystkim podzielone na ich techniki pomiaru odległości: bezpośredni TOF (DTOF) i pośrednie TOF (ITOF), każdy z wyraźnymi podejściami sprzętowymi i algorytmicznymi. Seria początkowo przedstawia swoje zasady, zanim zagłębia się w analizę porównawczą ich zalet, wyzwań i parametrów systemu.

Pomimo pozornie prostej zasady TOF - emitującego impuls światła i wykrywanie jego powrotu do obliczenia odległości - złożoność polega na odróżnianiu powracającego światła od światła otoczenia. Jest to rozwiązane przez emitowanie wystarczająco jasnego światła, aby osiągnąć wysoki stosunek sygnału do szumu i wybierając odpowiednie długości fal w celu zminimalizowania zakłóceń światła środowiska. Innym podejściem jest kodowanie emitowanego światła, aby po powrocie można je rozróżnić, podobnie jak sygnały SOS z latarką.

Seria przebiega do porównania DTOF i ITOF, szczegółowo omawiając ich różnice, zalety i wyzwania oraz dodatkowo kategoryzuje systemy TOF na podstawie złożoności dostarczanych informacji, od 1D TOF do 3D TOF.

DTOF

Bezpośredni TOF bezpośrednio mierzy czas lotu fotonu. Jego kluczowy element, dioda lawinowa pojedynczej fotonu (SPAD), jest wystarczająco czuły, aby wykryć pojedyncze fotony. DTOF wykorzystuje skorelowane czasowo zliczanie pojedynczych fotonów (TCSPC) do pomiaru czasu przylotów fotonów, konstruując histogram w celu wydukania najbardziej prawdopodobnej odległości w oparciu o najwyższą częstotliwość określonej różnicy czasowej.

ITOF

Pośrednia TOF oblicza czas lotu w oparciu o różnicę fazową między emitowanymi i odbieranymi przebiegami, zwykle przy użyciu ciągłego sygnałów modulacji fali lub impulsu. ITOF może używać standardowych architektur czujników obrazu, mierząc intensywność światła w czasie.

ITOF jest dalej podzielony na modulację fali ciągłej (CW-ITOF) i modulację impulsu (pulsed-ITOF). CW-ITOF mierzy przesunięcie fazowe między emitowanymi i odebranymi falami sinusoidalnymi, podczas gdy pulsowane ITOF oblicza przesunięcie fazowe za pomocą sygnałów fali kwadratowej.

Feather Reading:

Wikipedia. (i). Czas lotu. Odzyskane zhttps://en.wikipedia.org/wiki/time_of_flight
Sony Semiconductor Solutions Group. (i). TOF (czas lotu) | Wspólna technologia czujników obrazu. Odzyskane zhttps://www.sony-semicon.com/en/technologies/tof
Microsoft. (2021, 4 lutego). Wprowadzenie do Microsoft Time of Flight (TOF) - platforma głębokości Azure. Odzyskane zhttps://devblogs.microsoft.com/azure-depth-platform/intro-to-microsoft time-flight-tof
Escatec. (2023, 2 marca). Czas czujników lotu (TOF): dogłębny przegląd i aplikacje. Odzyskane zhttps://www.escatec.com/news/time-of-fight-tof-sensors-an-in-depth-overview-and-applications

Ze strony internetowejhttps://faster-than-liight.net/tofsystem_c1/

autor: Chao Guang

Zastrzeżenie:

Niniejszym oświadczamy, że niektóre obrazy wyświetlane na naszej stronie są zbierane z Internetu i Wikipedii, w celu promowania edukacji i udostępniania informacji. Szanujemy prawa własności intelektualnej wszystkich twórców. Korzystanie z tych obrazów nie jest przeznaczone do zysku komercyjnego.

Jeśli uważasz, że którąkolwiek z używanych treści narusza twoje prawa autorskie, skontaktuj się z nami. Jesteśmy bardziej niż gotowi podjąć odpowiednie środki, w tym usuwanie obrazów lub zapewnienie właściwego przypisania, aby zapewnić zgodność z przepisami i przepisami dotyczącymi własności intelektualnej. Naszym celem jest utrzymanie platformy bogatej w treści, uczciwe i szanuje prawa własności intelektualnej innych osób.

Skontaktuj się z nami na następujący adres e -mail:sales@lumispot.cn. Zobowiązujemy się do podjęcia natychmiastowych działań po otrzymaniu jakichkolwiek powiadomień i gwarantuje 100% współpracy w celu rozwiązania takich problemów.