Novinky - základný princíp a uplatňovanie systému TOF (čas letu)

Prihláste sa na odber našich sociálnych médií, aby ste mohli okamžite post

Cieľom tejto série je poskytnúť čitateľom hĺbkové a progresívne chápanie systému letu (TOF). Obsah sa týka komplexného prehľadu systémov TOF vrátane podrobných vysvetlení nepriamych TOF (ITOF) a Direct TOF (DTOF). Tieto oddiely sa ponoria do systémových parametrov, ich výhody a nevýhody a rôzne algoritmy. V článku sa tiež skúma rôzne komponenty systémov TOF, ako sú lasery emitujúce zvislé dutiny (VCSELS), šošovky prenosu a prijímania, prijímanie senzorov ako CIS, APD, SPAD, SIPM a obvodov vodiča ako ASICS.

Úvod do TOF (čas letu)

Základné zásady

TOF, ktorý stojí na čas letu, je metóda, ktorá sa používa na meranie vzdialenosti výpočtom času, ktorý potrebuje svetlo, aby cestovali určitú vzdialenosť v médiu. Tento princíp sa primárne uplatňuje v optických scenároch TOF a je relatívne jednoduchý. Tento proces zahŕňa zdroj svetla emiting lúča svetla, pričom sa zaznamenal čas emisie. Toto svetlo potom odráža cieľ, je zachytené prijímačom a zaznamenal sa čas príjemu. Rozdiel v týchto časoch označený ako T určuje vzdialenosť (d = rýchlosť svetla (C) × T / 2).

Typy senzorov TOF

Existujú dva primárne typy senzorov TOF: optické a elektromagnetické. Optické senzory TOF, ktoré sú častejšie, využívajú ľahké impulzy, zvyčajne v infračervenom rozsahu, na meranie vzdialenosti. Tieto impulzy sú emitované zo senzora, odrážajú objekt a vrátia sa do senzora, kde sa čas cesty meria a používa na výpočet vzdialenosti. Naproti tomu elektromagnetické TOF senzory používajú na meranie vzdialenosti elektromagnetické vlny, napríklad radar alebo lidar. Fungujú na podobnom princípe, ale používajú iné médium premeranie vzdialenosti.

Aplikácie senzorov TOF

Senzory TOF sú univerzálne a boli integrované do rôznych oblastí:

Robotika:Používa sa na detekciu a navigáciu prekážok. Napríklad roboty ako Atlas Dynamics 'Roomba a Boston Dynamics používajú hĺbkové fotoaparáty TOF na mapovanie svojho okolia a plánovacích pohybov.

Bezpečnostné systémy:Bežné senzory pohybu na detekciu votrelcov, spúšťanie alarmov alebo aktiváciu kamerových systémov.

Automobilový priemysel:Začlenené do systémov asistentov vodiča na adaptívne riadenie plavby a vyhýbanie sa zrážkam, pričom v nových modeloch vozidiel sa čoraz viac vyskytuje.

Lekárska oblasť: Používané v neinvazívnom zobrazovaní a diagnostike, ako je optická koherentná tomografia (OCT), vytvárajúca tkanivové obrázky s vysokým rozlíšením.

Spotrebiteľská elektronika: Integrované do smartfónov, tabliet a notebookov pre funkcie, ako je rozpoznávanie tváre, biometrická autentifikácia a rozpoznávanie gest.

Drony:Využívané na navigáciu, vyhýbanie sa zrážkam a pri riešení obáv z súkromia a letectva

Architektúra systému TOF

Typický systém TOF pozostáva z niekoľkých kľúčových komponentov na dosiahnutie merania vzdialenosti, ako je opísané:

· Vysielač (TX):To zahŕňa laserový zdroj svetla, hlavne aVcsel, obvod vodiča ASIC na riadenie lasera, a optické komponenty pre riadenie lúčov, ako sú kolimačné šošovky alebo difrakčné optické prvky a filtre.
· Prijímač (RX):Skladá sa z šošoviek a filtrov na prijímacom konci, senzory ako CIS, SPAD alebo SIPM v závislosti od systému TOF a procesora obrazového signálu (ISP) na spracovanie veľkého množstva údajov z čipu prijímača.
·Správa energie:Riadenie stabilnéhoKontrola prúdu pre VCSELS a vysoké napätie pre SPAD je rozhodujúca, čo si vyžaduje robustné riadenie energie.
· Vrstva softvéru:To zahŕňa firmvér, SDK, OS a aplikačnú vrstvu.

Architektúra demonštruje, ako laserový lúč pochádzajúci z VCSEL a upravený optickými komponentmi, prechádza priestorom, odráža objekt a vracia sa do prijímača. Výpočet časového odstupu v tomto procese odhaľuje informácie o vzdialenosti alebo hĺbke. Táto architektúra však nepokrýva šumové cesty, ako je napríklad hluk vyvolaný slnečným žiarením alebo šum viacerých dráh z odrazov, o ktorých sa diskutuje neskôr v sérii.

Klasifikácia systémov TOF

TOF systémy sú primárne kategorizované podľa ich techník merania vzdialenosti: priamy TOF (DTOF) a nepriamy TOF (ITOF), z ktorých každý má odlišné hardvérové a algoritmické prístupy. Táto séria spočiatku načrtáva svoje zásady pred ponorením do porovnávacej analýzy ich výhod, výziev a systémových parametrov.

Napriek zdanlivo jednoduchému princípu TOF - emitovania ľahkého impulzu a detekcii jeho návratu k výpočtu vzdialenosti - zložitosť spočíva v odlíšení návratového svetla od okolitého svetla. Toto je riešené emitovaním dostatočne jasného svetla na dosiahnutie vysokého pomeru signálu k šumu a výberom vhodných vlnových dĺžok, aby sa minimalizovalo interferencie environmentálneho svetla. Ďalším prístupom je kódovanie emitovaného svetla, aby bolo po návrate rozlíšiteľné, podobné signálom SOS so baterkou.

Táto séria pokračuje v porovnaní DTOF a ITOF, podrobne diskutuje o ich rozdieloch, výhodách a výzvach a ďalej kategorizuje systémy TOF na základe zložitosti informácií, ktoré poskytujú, v rozmedzí od 1D TOF do 3D TOF.

dtof

Priamy TOF priamo meria čas letu fotónu. Jeho kľúčový komponent, jediná lavínová dióda Photon (SPAD), je dostatočne citlivá na detekciu jednotlivých fotónov. DTOF využíva čas korelovaného počítania s jedným fotónom (TCSPC) na meranie času príchodov fotónu, čím sa vytvorí histogram na odvodenie najpravdepodobnejšej vzdialenosti na základe najvyššej frekvencie konkrétneho časového rozdielu.

natoľko

Nepriama TOF vypočíta čas letu na základe fázového rozdielu medzi emitovanými a prijímanými vlnovými tvarmi, bežne s použitím kontinuálnych signálov modulácie vlny alebo impulzov. ITO môže používať štandardné architektúry snímačov obrazu a v priebehu času merať intenzitu svetla.

ITOF sa ďalej rozdeľuje na moduláciu kontinuálnej vlny (CW-ITOF) a pulznú moduláciu (pulzná ITOF). CW-ITOF meria fázový posun medzi emitovanými a prijímanými sínusovými vlnami, zatiaľ čo pulzovaný ITOF vypočíta fázový posun pomocou signálov štvorcových vĺn.

Futher čítanie:

Wikipedia. (nd). Čas letu. Získaný zhttps://en.wikipedia.org/wiki/time_of_flight
Group Sony Semiconductor Solutions. (nd). TOF (čas letu) Bežná technológia obrazových senzorov. Získaný zhttps://www.sony-semicon.com/en/technologies/tof
Microsoft. (2021, 4. februára). Úvod do Microsoft Time of Flight (TOF) - platforma hĺbky Azure. Získaný zhttps://devblogs.microsoft.com/azure-depth-platform/intro-to-microsoft-ime-of-flight-tof
Escatec. (2023, 2. marca). Senzory času letu (TOF): hĺbkový prehľad a aplikácie. Získaný zhttps://www.escatec.com/news/time-of-flight-tof-sensors-an-in-id-dpth-woreview-and-applications

Z webovej stránkyhttps://faster- Than-light.net/tofSystem_c1/

autor: Chao Guang

Zrieknutie sa zodpovednosti:

Týmto vyhlasujeme, že niektoré obrázky zobrazené na našej webovej stránke sa zbierajú z internetu a Wikipédie s cieľom propagovať vzdelávanie a zdieľanie informácií. Rešpektujeme práva duševného vlastníctva všetkých tvorcov. Použitie týchto obrázkov nie je určené na komerčný zisk.

Ak sa domnievate, že niektorý z použitých obsahu porušuje vaše autorské práva, kontaktujte nás. Sme viac než ochotní prijať príslušné opatrenia vrátane odstránenia obrázkov alebo poskytnutia správneho pripisovania, aby sme zabezpečili dodržiavanie zákonov a predpisov o duševnom vlastníctve a predpisoch. Naším cieľom je udržiavať platformu, ktorá je bohatá na obsah, spravodlivo a rešpektuje práva duševného vlastníctva ostatných.

Kontaktujte nás na nasledujúcej e -mailovej adrese:sales@lumispot.cn. Zaviažíme sa, aby sme prijali okamžité kroky po prijatí akéhokoľvek oznámenia a zaručujeme 100% spoluprácu pri riešení týchto problémov.