1. ما هو مستشعر وقت الرحلة (TOF)؟

ما هي كاميرا وقت الرحلة؟ هل هي الكاميرا التي تلتقط رحلة الطائرة؟ هل لها علاقة بالطائرات أو الطائرات؟ حسنًا ، إنه في الواقع بعيد جدًا!

TOF هو مقياس للوقت الذي يستغرقه كائن أو جسيم أو موجة للسفر لمسافة. هل تعلم أن نظام سونار الخفافيش يعمل؟ نظام وقت الرحلة مشابه!

هناك أنواع كثيرة من أجهزة استشعار وقت الطيران ، ولكن معظمها هي كاميرات زمنية ومرتسعات ليزر ، والتي تستخدم تقنية تسمى LIDAR (الكشف عن الضوء وتتراوح) لقياس عمق النقاط المختلفة في صورة عن طريق تضييقها مع ضوء الأشعة تحت الحمراء.

تعد البيانات التي تم إنشاؤها والتقاطها باستخدام أجهزة استشعار TOF مفيدة للغاية حيث يمكن أن توفر اكتشاف المشاة ، ومصادقة المستخدم بناءً على ميزات الوجه ، ورسم الخرائط للبيئة باستخدام خوارزميات SLAM (التوطين المتزامن ورسم الخرائط) ، وأكثر من ذلك.

يستخدم هذا النظام في الواقع على نطاق واسع في الروبوتات والسيارات ذاتية القيادة ، وحتى الآن جهازك المحمول. على سبيل المثال ، إذا كنت تستخدم Huawei P30 Pro ، Oppo RX17 Pro ، LG G8 ThinQ ، وما إلى ذلك ، فإن هاتفك يحتوي على كاميرا TOF!

كاميرا TOF

2. كيف يعمل مستشعر وقت الرحلة؟

الآن ، نود أن نقدم مقدمة موجزة لماهية مستشعر وقت الرحلة وكيف يعمل.

tofتستخدم المستشعرات أشعة الليزر الصغيرة لإبعاد الضوء بالأشعة تحت الحمراء ، حيث يرتد الضوء الناتج عن أي كائن ويعود إلى المستشعر. استنادًا إلى الفرق الزمني بين انبعاث الضوء والعودة إلى المستشعر بعد انعكاسه بواسطة الكائن ، يمكن للمستشعر قياس المسافة بين الكائن والمستشعر.

اليوم ، سوف نستكشف طريقين كيف يستخدم TOF وقت السفر لتحديد المسافة والعمق: استخدام نبضات التوقيت ، واستخدام تحويل الطور من الموجات المعدلة السعة.

استخدام نبضات توقيت

على سبيل المثال ، يعمل من خلال إلقاء الضوء على هدف باستخدام ليزر ، ثم قياس الضوء المنعكس مع الماسح الضوئي ، ثم استخدام سرعة الضوء لاستقراء مسافة الكائن لحساب المسافة المقطوعة بدقة. بالإضافة إلى ذلك ، يتم بعد ذلك استخدام الفرق في وقت إرجاع الليزر وطول الموجة لإنشاء تمثيل ثلاثي الأبعاد رقمي دقيق وميزات السطح للهدف ، ويخطو بصريًا ميزاته الفردية.

كما ترون أعلاه ، يتم إطلاق ضوء الليزر ثم يرتد من الكائن مرة أخرى إلى المستشعر. مع وقت العودة بالليزر ، تكون كاميرات TOF قادرة على قياس مسافات دقيقة في فترة زمنية قصيرة نظرًا لسرعة السفر بالضوء. (TOF يتحول إلى مسافة) هذه هي الصيغة التي يستخدمها المحلل للوصول إلى المسافة الدقيقة للكائن:

(سرعة الضوء x وقت الرحلة) / 2

TOF يتحول إلى المسافة

كما ترون ، سيبدأ المؤقت أثناء إيقاف تشغيل الضوء ، وعندما يتلقى المتلقي ضوء الإرجاع ، سيعود المؤقت الوقت. عند طرحه مرتين ، يتم الحصول على "وقت الرحلة" من الضوء ، وسرعة الضوء ثابتة ، لذلك يمكن حساب المسافة بسهولة باستخدام الصيغة أعلاه. وبهذه الطريقة ، يمكن تحديد جميع النقاط على سطح الكائن.

استخدم تحول المرحلة من موجة AM

بعد ذلك ،tofيمكن أيضًا استخدام الموجات المستمرة للكشف عن تحول الطور للضوء المنعكس لتحديد العمق والمسافة.

تحول المرحلة باستخدام AM Wave

من خلال تعديل السعة ، فإنه يخلق مصدر إضاءة الجيوب الأنفية بتردد معروف ، مما يسمح للكاشف بتحديد تحول الطور للضوء المنعكس باستخدام الصيغة التالية:

عندما تكون C هي سرعة الضوء (C = 3 × 10^8 m/s) ، λ هو طول موجة (λ = 15 m) ، و F هو التردد ، يمكن حساب كل نقطة على المستشعر بسهولة في العمق.

كل هذه الأشياء تحدث بسرعة كبيرة ونحن نعمل بسرعة الضوء. هل يمكنك أن تتخيل الدقة والسرعة التي يمكن لقياسها أجهزة الاستشعار؟ اسمحوا لي أن أعطي مثالاً ، يسافر الضوء بسرعة 300000 كيلومتر في الثانية ، إذا كان الكائن على بعد 5 أمتار عنك ، فإن الفرق الزمني بين ترك الكاميرا والعودة حوالي 33 نانو ثانية ، أي ما يعادل فقط 0.000000033 ثانية! رائع! ناهيك عن أن البيانات التي تم التقاطها ستمنحك تمثيلًا رقميًا ثلاثي الأبعاد دقيق لكل بكسل في الصورة.

بغض النظر عن المبدأ المستخدم ، فإن توفير مصدر للضوء يسمح للمشهد بأكمله يسمح للمستشعر بتحديد عمق جميع النقاط. تمنحك هذه النتيجة خريطة مسافة حيث يقوم كل بكسل بتشفير المسافة إلى النقطة المقابلة في المشهد. فيما يلي مثال على رسم بياني TOF Range:

مثال على رسم بياني TOF Range

الآن بعد أن عرفنا أن TOF يعمل ، لماذا هو جيد؟ لماذا تستخدمه؟ ما هي جيدة؟ لا تقلق ، هناك العديد من المزايا لاستخدام مستشعر TOF ، ولكن بالطبع هناك بعض القيود.

3. فوائد استخدام أجهزة استشعار وقت الرحلة

قياس دقيق وسريع

بالمقارنة مع أجهزة استشعار المسافة الأخرى مثل الموجات فوق الصوتية أو الليزر ، فإن أجهزة استشعار وقت الرحلة قادرة على تكوين صورة ثلاثية الأبعاد لمشهد بسرعة كبيرة. على سبيل المثال ، يمكن للكاميرا TOF القيام بذلك مرة واحدة فقط. ليس ذلك فحسب ، فإن مستشعر TOF قادر على اكتشاف الأشياء بدقة في وقت قصير ولا يتأثر بالرطوبة وضغط الهواء ودرجة الحرارة ، مما يجعله مناسبًا للاستخدام الداخلي والخارجي.

مسافة طويلة

نظرًا لأن أجهزة استشعار TOF تستخدم الليزر ، فإنها قادرة أيضًا على قياس المسافات الطويلة والنطاقات بدقة عالية. أجهزة استشعار TOF مرنة لأنها قادرة على اكتشاف الأشياء القريبة والبعيدة من جميع الأشكال والأحجام.

من المرن أيضًا بمعنى أنك قادر على تخصيص بصريات النظام من أجل الأداء الأمثل ، حيث يمكنك اختيار أنواع المرسل والعدسات والعدسات للحصول على مجال الرؤية المطلوب.

أمان

قلق من أن الليزر منtofسيؤذي المستشعر عينيك؟ لا تقلق! تستخدم العديد من مستشعرات TOF الآن ليزر الأشعة تحت الحمراء منخفض الطاقة كمصدر للضوء وقيادته بنبضات معدلة. يستجيب المستشعر معايير سلامة الليزر من الفئة 1 لضمان أنها آمنة للعين البشرية.

فعالة من حيث التكلفة

بالمقارنة مع تقنيات المسح الضوئي للعمق ثلاثي الأبعاد الأخرى مثل أنظمة كاميرا الضوء المنظمة أو أدوات نطاق الليزر ، فإن أجهزة استشعار TOF أرخص بكثير مقارنة بها.

على الرغم من كل هذه القيود ، لا تزال TOF موثوقة للغاية وطريقة سريعة للغاية لالتقاط المعلومات ثلاثية الأبعاد.

4. حدود TOF

على الرغم من أن TOF لديه العديد من الفوائد ، إلا أنه يحتوي على قيود. تشمل بعض القيود المفروضة على TOF:

• ضوء مبعثر

إذا كانت الأسطح المشرقة جدًا قريبة جدًا من مستشعر TOF الخاص بك ، فقد تنتشر الكثير من الضوء إلى جهاز الاستقبال الخاص بك وإنشاء القطع الأثرية والانعكاسات غير المرغوب فيها ، لأن مستشعر TOF الخاص بك يحتاج فقط إلى عكس الضوء بمجرد أن يكون القياس جاهزًا.

• انعكاسات متعددة

عند استخدام أجهزة استشعار TOF على الزوايا والأشكال المقعرة ، يمكن أن تسبب انعكاسات غير مرغوب فيها ، حيث يمكن للضوء أن يرتد عدة مرات ، مما يشوه القياس.

• الضوء المحيط

يمكن أن يجعل استخدام الكاميرا TOF في الهواء الطلق في ضوء الشمس الساطع الاستخدام في الهواء الطلق. ويرجع ذلك إلى ارتفاع كثافة أشعة الشمس مما يؤدي إلى تشبع بكسل المستشعر بسرعة ، مما يجعل من المستحيل اكتشاف الضوء الفعلي المنعكس من الكائن.

• الاستنتاج

أجهزة استشعار TOF وعدسة TOFيمكن استخدامها في مجموعة متنوعة من التطبيقات. من رسم الخرائط ثلاثية الأبعاد ، والأتمتة الصناعية ، والكشف عن العقبات ، والسيارات ذاتية القيادة ، والزراعة ، والروبوتات ، والملاحة الداخلية ، والتعرف على الإيماءات ، والمسح الضوئي للكائنات ، والقياسات ، والمراقبة للواقع المعزز! تطبيقات تقنية TOF لا حصر لها.

يمكنك الاتصال بنا للحصول على أي احتياجات من العدسات TOF.

Chuang an Electronics تركز على العدسات البصرية عالية الدقة لإنشاء علامة تجارية بصرية مثالية

تشوانغ أنتجت إلكترونيات بصرية الآن مجموعة متنوعة منالعدسات tofمثل:

CH3651A F3.6MM F1.2 1/2 ″ IR850NM

CH3651B F3.6MM F1.2 1/2 ″ IR940NM

CH3652A F3.3MM F1.1 1/3 ″ IR850NM

CH3652B F3.3MM F1.1 1/3 ″ IR940NM

CH3653A F3.9MM F1.1 1/3 ″ IR850NM

CH3653B F3.9mm F1.1 1/3 ″ IR940NM

CH3654A F5.0MM F1.1 1/3 ″ IR850NM

CH3654B F5.0MM F1.1 1/3 ″ IR940NM