Vijesti - Osnovni princip i primjena TOF (Time of Flight) sustava

Pretplatite se na naše društvene mreže za brze objave

Ova serija ima za cilj pružiti čitateljima dubinsko i progresivno razumijevanje sustava vremena leta (TOF). Sadržaj obuhvaća sveobuhvatan pregled TOF sustava, uključujući detaljna objašnjenja i indirektnog TOF-a (iTOF) i izravnog TOF-a (dTOF). Ovi odjeljci istražuju parametre sustava, njihove prednosti i nedostatke te različite algoritme. Članak također istražuje različite komponente TOF sustava, kao što su laseri s vertikalnom šupljinom i površinskim emitiranjem (VCSEL), leće za prijenos i prijem, prijemni senzori poput CIS-a, APD-a, SPAD-a, SiPM-a i pogonski sklopovi poput ASIC-ova.

Uvod u TOF (vrijeme leta)

Osnovna načela

TOF, kratica za vrijeme leta (Time of Flight), metoda je koja se koristi za mjerenje udaljenosti izračunavanjem vremena potrebnog svjetlosti da prijeđe određenu udaljenost u mediju. Ovaj se princip prvenstveno primjenjuje u optičkim TOF scenarijima i relativno je jednostavan. Proces uključuje izvor svjetlosti koji emitira snop svjetlosti, a vrijeme emisije se bilježi. Ta se svjetlost zatim reflektira od cilja, hvata je prijemnik i bilježi se vrijeme prijema. Razlika u tim vremenima, označena kao t, određuje udaljenost (d = brzina svjetlosti (c) × t / 2).

Vrste ToF senzora

Postoje dvije glavne vrste ToF senzora: optički i elektromagnetski. Optički ToF senzori, koji su češći, koriste svjetlosne impulse, obično u infracrvenom rasponu, za mjerenje udaljenosti. Ti impulsi se emitiraju iz senzora, reflektiraju se od objekta i vraćaju se do senzora, gdje se mjeri vrijeme putovanja i koristi za izračun udaljenosti. Nasuprot tome, elektromagnetski ToF senzori koriste elektromagnetske valove, poput radara ili lidara, za mjerenje udaljenosti. Rade na sličnom principu, ali koriste drugačiji medij za...mjerenje udaljenosti.

Primjena ToF senzora

ToF senzori su svestrani i integrirani su u razna područja:

Robotika:Koristi se za otkrivanje prepreka i navigaciju. Na primjer, roboti poput Roombe i Boston Dynamicsovog Atlasa koriste ToF dubinske kamere za mapiranje okoline i planiranje kretanja.

Sigurnosni sustavi:Uobičajeno u senzorima pokreta za otkrivanje uljeza, aktiviranje alarma ili aktiviranje sustava kamera.

Automobilska industrija:Ugrađen je u sustave pomoći vozaču za adaptivni tempomat i izbjegavanje sudara, a sve je češći u novim modelima vozila.

Medicinsko područjeKoristi se u neinvazivnom snimanju i dijagnostici, kao što je optička koherentna tomografija (OCT), koja daje slike tkiva visoke rezolucije.

Potrošačka elektronikaIntegrirano u pametne telefone, tablete i prijenosna računala za značajke poput prepoznavanja lica, biometrijske autentifikacije i prepoznavanja gesti.

Dronovi:Koristi se za navigaciju, izbjegavanje sudara i rješavanje problema privatnosti i zrakoplovstva

Arhitektura TOF sustava

Tipičan TOF sustav sastoji se od nekoliko ključnih komponenti za postizanje mjerenja udaljenosti kako je opisano:

· Odašiljač (Tx):To uključuje laserski izvor svjetlosti, uglavnomVCSEL, ASIC pogonski sklop za pogon lasera i optičke komponente za upravljanje snopom kao što su kolimatorske leće ili difrakcijski optički elementi i filteri.
· Prijemnik (Rx):To se sastoji od leća i filtera na prijemnom kraju, senzora poput CIS, SPAD ili SiPM, ovisno o TOF sustavu, i procesora slikovnog signala (ISP) za obradu velikih količina podataka s prijemnog čipa.
·Upravljanje napajanjem:Upravljanje stabilnimRegulacija struje za VCSEL-ove i visokog napona za SPAD-ove je ključna, što zahtijeva robusno upravljanje napajanjem.
· Softverski sloj:To uključuje firmware, SDK, OS i sloj aplikacije.

Arhitektura pokazuje kako laserska zraka, koja potječe iz VCSEL-a i modificirana je optičkim komponentama, putuje kroz prostor, reflektira se od objekta i vraća se prijemniku. Izračun vremenskog intervala u ovom procesu otkriva informacije o udaljenosti ili dubini. Međutim, ova arhitektura ne pokriva putove šuma, poput šuma induciranog sunčevom svjetlošću ili višestrukog šuma od refleksija, o kojima se raspravlja kasnije u seriji.

Klasifikacija TOF sustava

TOF sustavi se prvenstveno kategoriziraju prema tehnikama mjerenja udaljenosti: izravni TOF (dTOF) i neizravni TOF (iTOF), svaki s različitim hardverskim i algoritamskim pristupima. Serija u početku opisuje njihova načela prije nego što se upusti u komparativnu analizu njihovih prednosti, izazova i parametara sustava.

Unatoč naizgled jednostavnom principu TOF-a – emitiranju svjetlosnog impulsa i detektiranju njegovog povratka radi izračuna udaljenosti – složenost leži u razlikovanju povratne svjetlosti od ambijentalne svjetlosti. To se rješava emitiranjem dovoljno jake svjetlosti kako bi se postigao visok omjer signala i šuma te odabirom odgovarajućih valnih duljina kako bi se smanjile smetnje okolne svjetlosti. Drugi pristup je kodiranje emitirane svjetlosti kako bi se mogla razlikovati po povratku, slično SOS signalima s svjetiljkom.

Serija nastavlja usporedbom dTOF-a i iTOF-a, detaljno raspravljajući o njihovim razlikama, prednostima i izazovima, te dodatno kategorizira TOF sustave na temelju složenosti informacija koje pružaju, u rasponu od 1D TOF-a do 3D TOF-a.

dTOF

Izravni TOF izravno mjeri vrijeme leta fotona. Njegova ključna komponenta, dioda za detekciju pojedinačnih fotona (SPAD), dovoljno je osjetljiva za detekciju pojedinačnih fotona. dTOF koristi vremenski korelirano brojanje pojedinačnih fotona (TCSPC) za mjerenje vremena dolaska fotona, konstruirajući histogram za određivanje najvjerojatnije udaljenosti na temelju najviše frekvencije određene vremenske razlike.

iTOF

Neizravni TOF izračunava vrijeme leta na temelju fazne razlike između emitiranih i primljenih valnih oblika, obično koristeći signale kontinuiranog vala ili pulsne modulacije. iTOF može koristiti standardne arhitekture senzora slike, mjereći intenzitet svjetlosti tijekom vremena.

iTOF se dalje dijeli na modulaciju kontinuiranog vala (CW-iTOF) i modulaciju pulsnog vala (Pulsed-iTOF). CW-iTOF mjeri fazni pomak između emitiranih i primljenih sinusoidnih valova, dok Pulsed-iTOF izračunava fazni pomak pomoću pravokutnih valnih signala.

Dodatno štivo:

Wikipedia. (nd). Vrijeme leta. Preuzeto shttps://en.wikipedia.org/wiki/Vrijeme_leta
Sony Semiconductor Solutions Group. (nd). ToF (vrijeme leta) | Uobičajena tehnologija slikovnih senzora. Preuzeto shttps://www.sony-semicon.com/en/technologies/tof
Microsoft. (4. veljače 2021.). Uvod u Microsoftovo vrijeme leta (ToF) - Azure Depth Platform. Preuzeto shttps://devblogs.microsoft.com/azure-depth-platform/intro-to-microsoft-time-of-flight-tof
ESCATEC. (2. ožujka 2023.). Senzori vremena leta (TOF): Detaljan pregled i primjene. Preuzeto shttps://www.escatec.com/news/time-of-flight-tof-sensors-an-in-depth-overview-and-applications

S web stranicehttps://faster-than-light.net/TOFSystem_C1/

od autora: Chao Guang

Odricanje:

Ovime izjavljujemo da su neke od slika prikazanih na našoj web stranici prikupljene s interneta i Wikipedije, s ciljem promicanja obrazovanja i dijeljenja informacija. Poštujemo prava intelektualnog vlasništva svih autora. Korištenje ovih slika nije namijenjeno komercijalnoj dobiti.

Ako smatrate da bilo koji od korištenih sadržaja krši vaša autorska prava, kontaktirajte nas. Više smo nego spremni poduzeti odgovarajuće mjere, uključujući uklanjanje slika ili navođenje odgovarajućeg izvora, kako bismo osigurali usklađenost sa zakonima i propisima o intelektualnom vlasništvu. Naš je cilj održavati platformu koja je bogata sadržajem, poštena i poštuje prava intelektualnog vlasništva drugih.

Molimo kontaktirajte nas na sljedeću adresu e-pošte:sales@lumispot.cnObvezujemo se poduzeti hitne mjere po primitku bilo kakve obavijesti i jamčimo 100%-tnu suradnju u rješavanju takvih problema.