Novice - Osnovno načelo in uporaba sistema TOF (čas leta)

Naročite se na naše družbene medije za hitro objavo

Namen te serije je bralcem zagotoviti poglobljeno in progresivno razumevanje sistema časa letenja (TOF). Vsebina zajema celovit pregled sistemov TOF, vključno s podrobnimi razlagami tako posrednega TOF (ITOF) in neposrednega TOF (DTOF). Ti razdelki se poglobijo v sistemske parametre, njihove prednosti in slabosti ter različne algoritme. Članek raziskuje tudi različne komponente sistemov TOF, kot so vertikalne votline površinske laserje (VCSELS), prenosne in sprejemne leče, sprejemni senzorji, kot so Cis, APD, SPAD, SIPM in vezje gonilnikov, kot so ASIC.

Uvod v TOF (čas leta)

Osnovna načela

TOF, ki stoji za čas leta, je metoda, ki se uporablja za merjenje razdalje z izračunom časa, ki je potreben za svetlobo, da v mediju prevozi določeno razdaljo. To načelo se uporablja predvsem v optičnih scenarijih TOF in je razmeroma enostavno. Postopek vključuje svetlobni vir, ki oddaja žarek svetlobe, s zabeleženim časom emisije. Ta luč se nato odbija od cilja, zajame sprejemnik in opazi čas sprejema. Razlika v teh časih, označena kot t, določa razdaljo (d = hitrost svetlobe (c) × t / 2).

Vrste senzorjev TOF

Obstajata dve primarni vrsti senzorjev TOF: optični in elektromagnetni. Optični TOF senzorji, ki so pogostejši, uporabljajo lahke impulze, običajno v infrardečem območju, za merjenje razdalje. Ti impulzi se oddajajo iz senzorja, odsevajo objekt in se vrnejo na senzor, kjer se meri čas potovanja in se uporablja za izračun razdalje. V nasprotju s tem elektromagnetni TOF senzorji za merjenje razdalje uporabljajo elektromagnetne valove, kot sta radar ali lidar. Delujejo po podobnem načelu, vendar uporabljajo drugačen medij zamerjenje razdalje.

Uporaba senzorjev TOF

TOF senzorji so vsestranski in so bili vključeni v različna polja:

Robotika:Uporablja se za zaznavanje ovir in navigacijo. Na primer, roboti, kot sta Atlas Roomba in Boston Dynamics, uporabljajo kamere globine TOF za preslikavo okolice in načrtovanje gibov.

Varnostni sistemi:Pogosti v senzorjih gibanja za odkrivanje vsiljivcev, sprožitev alarmov ali aktiviranje sistemov kamer.

Avtomobilska industrija:Vgrajen v sisteme za asistiranje voznikov za prilagodljivi tempomat in izogibanje trčenju, ki postaja vse bolj razširjena v novih modelih vozil.

Medicinsko področje: Uporablja se v neinvazivnem slikanju in diagnostiki, kot je optična koherenčna tomografija (OCT), ki ustvarja slike tkiv z visoko ločljivostjo.

Potrošniška elektronika: Vgrajeno v pametne telefone, tablice in prenosnike za funkcije, kot so prepoznavanje obraza, biometrična overjanje in prepoznavanje potez.

Droni:Uporablja se za navigacijo, izogibanje trčenju in pri reševanju skrbi za zasebnost in letalstvo

TOF sistemska arhitektura

Običajni sistem TOF je sestavljen iz več ključnih komponent za doseganje merjenja razdalje, kot je opisano:

· Oddajnik (TX):To vključuje laserski vir svetlobe, predvsem aVcsel, ASIC gonilnega vezja za pogon laserja, in optične komponente za nadzor žarka, kot so kolimirajoče leče ali difraktivni optični elementi in filtri.
· Sprejemnik (RX):To je sestavljeno iz leč in filtrov na sprejemnem koncu, senzorjev, kot so CIS, SPAD ali SIPM, odvisno od sistema TOF, in procesorja slikovnega signala (ISP) za obdelavo velikih količin podatkov iz sprejemnega čipa.
·Upravljanje moči:Upravljanje hlevaTok krmiljenje za VCSELS in visoka napetost za SPAD je ključnega pomena, kar zahteva močno upravljanje moči.
· Programska plast:To vključuje vdelano programsko opremo, SDK, OS in aplikacijski sloj.

Arhitektura prikazuje, kako laserski žarek, ki izvira iz VCSEL, in spremenjen z optičnimi komponentami, potuje po vesolju, odraža predmet in se vrne v sprejemnik. Izračun časa za izpad v tem postopku razkriva informacije o razdalji ali globini. Vendar ta arhitektura ne zajema hrupnih poti, kot sta hrup, ki ga povzroča sončna svetloba, ali več poti hrupa iz odsevov, o katerih bomo razpravljali pozneje v seriji.

Razvrstitev sistemov TOF

Sistemi TOF so v prvi vrsti razvrščeni po tehnikah merjenja razdalje: neposredni TOF (DTOF) in posredni TOF (ITOF), vsak z izrazito strojno opremo in algoritmičnimi pristopi. V seriji je na začetku opisana njihova načela, preden se poglobijo v primerjalno analizo njihovih prednosti, izzivov in sistemskih parametrov.

Kljub na videz preprostemu načelu TOF - oddajanje lahkega impulza in zaznavanje njegove vrnitve na izračun razdalje - je zapletenost v razlikovanju svetlobe, ki se vrača od okoljske svetlobe. To se lotimo tako, da oddajamo dovolj svetlo svetlobo, da dosežemo visoko razmerje med signalom in šumom in izbirate ustrezne valovne dolžine, da zmanjšate motnje v okoljski svetlobi. Drug pristop je, da kodirate izpuščeno svetlobo, da se po vrnitvi razlikuje, podobno kot SOS signali z svetilko.

Serija nadaljuje s primerjavo DTOF in ITOF, podrobno razpravlja o njihovih razlikah, prednostih in izzivih ter nadalje razvrsti sisteme TOF, ki temeljijo na zapletenosti informacij, ki jih ponujajo, od 1D TOF do 3D TOF.

dtof

Neposredni TOF neposredno meri čas letenja fotona. Njegova ključna komponenta, enojna fotonska dioda (SPAD), je dovolj občutljiva za zaznavanje posameznih fotonov. DTOF uporablja časovno korelirano enotno štetje fotonov (TCSPC) za merjenje časa prihodov fotona in konstruiranje histograma za sklepanje najverjetnejše razdalje, ki temelji na najvišji frekvenci določene časovne razlike.

itof

Posredni TOF izračuna čas letenja na podlagi fazne razlike med oddajanimi in prejetimi valovnimi oblikami, običajno z uporabo neprekinjenih valovnih ali impulznih modulacijskih signalov. ITOF lahko uporablja standardne arhitekture senzorjev slike in sčasoma meri intenzivnost svetlobe.

ITOF je nadalje razdeljen na neprekinjeno modulacijo valov (CW-ITOF) in impulzno modulacijo (impulzno-ITOF). CW-ITOF meri fazni premik med oddajanimi in prejetimi sinusoidnimi valovi, medtem ko impulzni-itof izračuna fazni premik z uporabo kvadratnih valovnih signalov.

Bliranje:

Wikipedija. (ND). Čas leta. Pridobljeno izhttps://en.wikipedia.org/wiki/time_of_flight
Sony Semiconductor Solutions Group. (ND). TOF (čas leta) | Skupna tehnologija slikovnih senzorjev. Pridobljeno izhttps://www.sony-semimin.com/sl/technologies/tof
Microsoft. (2021, 4. februarja). Uvod v Microsoft Time of Flight (TOF) - platforma globine Azure. Pridobljeno izhttps://devblogs.microsoft.com/azure-depth-platform/intro-to-microsoft-time-of-flight-tof
Escatec. (2023, 2. marec). Senzorji časa letenja (TOF): poglobljen pregled in aplikacije. Pridobljeno izhttps://www.escatec.com/news/time-of-flight-tof-sensors-an-in-depth-overView-and-applications

Na spletni stranihttps://faster-han-light.net/tofsystem_c1/

Avtor: Chao Guang

Izjava o omejitvi odgovornosti:

Izjavljamo, da se nekatere slike, prikazane na naši spletni strani, zbirajo z interneta in Wikipedije, da bi spodbudili izobraževanje in izmenjavo informacij. Spoštujemo pravice intelektualne lastnine vseh ustvarjalcev. Uporaba teh slik ni namenjena komercialnemu dobičku.

Če menite, da katera od uporabljenih vsebin krši vaše avtorske pravice, nas kontaktirajte. Več kot smo pripravljeni sprejeti ustrezne ukrepe, vključno z odstranjevanjem slik ali zagotavljanjem ustreznega pripisovanja, da bi zagotovili skladnost z zakoni in predpisi intelektualne lastnine. Naš cilj je ohraniti platformo, ki je bogata z vsebino, pošteno in spoštuje pravice intelektualne lastnine drugih.

Prosimo, kontaktirajte nas na naslednjem e -poštnem naslovu:sales@lumispot.cn. Zavezujemo se, da bomo takoj sprejeli kakršno koli obvestilo in zagotovili 100 -odstotno sodelovanje pri reševanju kakršnih koli takšnih vprašanj.