1. Што такое датчык часу пралёта (ToF)?

Што такое часпралётная камера? Гэта камера здымае палёт самалёта? Ці мае гэта дачыненне да самалётаў ці самалётаў? Ну, гэта на самай справе далёка!

ToF - гэта мера часу, неабходнага аб'екту, часціцы або хвалі для пераадолення адлегласці. Ці ведаеце вы, што гідралакатар кажана працуе? Сістэма часу палёту падобная!

Існуе шмат відаў датчыкаў часу пралёта, але большасць з іх - гэта камеры часу пралёта і лазерныя сканеры, якія выкарыстоўваюць тэхналогію, званую лідарам (выяўленне і дыяпазон святла), каб вымераць глыбіню розных кропак на малюнку шляхам асвятлення з інфрачырвоным святлом.

Даныя, якія ствараюцца і фіксуюцца з дапамогай датчыкаў ToF, вельмі карысныя, паколькі яны могуць забяспечваць выяўленне пешаходаў, аўтэнтыфікацыю карыстальніка на аснове рыс твару, адлюстраванне навакольнага асяроддзя з выкарыстаннем алгарытмаў SLAM (адначасовая лакалізацыя і адлюстраванне) і многае іншае.

Гэтая сістэма на самай справе шырока выкарыстоўваецца ў робатах, беспілотных аўтамабілях і нават у мабільных прыладах. Напрыклад, калі вы карыстаецеся Huawei P30 Pro, Oppo RX17 Pro, LG G8 ThinQ і г.д., у вашым тэлефоне ёсць камера ToF!

Камера ToF

2. Як працуе датчык часу пралёта?

Зараз мы хацелі б коратка расказаць пра тое, што такое датчык часу палёту і як ён працуе.

ToFдатчыкі выкарыстоўваюць малюсенькія лазеры для выпраменьвання інфрачырвонага святла, дзе выніковае святло адскоквае ад любога аб'екта і вяртаецца да датчыка. На аснове розніцы ў часе паміж выпраменьваннем святла і вяртаннем да датчыка пасля адлюстравання аб'ектам датчык можа вымяраць адлегласць паміж аб'ектам і датчыкам.

Сёння мы вывучым 2 спосабы, як ToF выкарыстоўвае час у шляху для вызначэння адлегласці і глыбіні: з выкарыстаннем імпульсаў сінхранізацыі і з выкарыстаннем зруху фазы хваль з амплітудай мадуляцыі.

Выкарыстоўвайце часовыя імпульсы

Напрыклад, ён працуе, асвятляючы мэту лазерам, затым вымяраючы адлюстраванае святло сканарам, а потым выкарыстоўваючы хуткасць святла, каб экстрапаляваць адлегласць да аб'екта, каб дакладна вылічыць пройдзеную адлегласць. Акрамя таго, розніца ў часе вяртання лазера і даўжыні хвалі затым выкарыстоўваецца для атрымання дакладнага лічбавага 3D-прадстаўлення і асаблівасцей паверхні мэты, а таксама для візуальнага адлюстравання яе асобных асаблівасцей.

Як вы можаце бачыць вышэй, лазернае святло выпальваецца, а затым адскоквае ад аб'екта назад да датчыка. З дапамогай часу вяртання лазера камеры ToF здольныя вымяраць дакладныя адлегласці за кароткі прамежак часу з улікам хуткасці святла. (ToF ператвараецца ў адлегласць) Гэта формула, якую выкарыстоўвае аналітык, каб атрымаць дакладную адлегласць да аб'екта:

(скорасць святла х час палёту) / 2

ToF пераўтворыцца ў адлегласць

Як бачыце, таймер запусціцца, калі святло выключана, і калі прыёмнік атрымае зваротнае святло, таймер верне час. Калі адняць два разы, атрымліваецца «час палёту» святла, а хуткасць святла сталая, таму адлегласць можна лёгка вылічыць па прыведзенай вышэй формуле. Такім чынам можна вызначыць усе кропкі на паверхні аб'екта.

Выкарыстоўвайце зрух фаз АМ-хвалі

Далей,ToFможа таксама выкарыстоўваць бесперапынныя хвалі для вызначэння фазавага зруху адлюстраванага святла для вызначэння глыбіні і адлегласці.

Зрух фазы з выкарыстаннем АМ-хвалі

Мадулюючы амплітуду, ён стварае сінусоідную крыніцу святла з вядомай частатой, што дазваляе дэтэктару вызначаць зрух фазы адлюстраванага святла па наступнай формуле:

дзе c — хуткасць святла (c = 3 × 10^8 м/с), λ — даўжыня хвалі (λ = 15 м), f — частата, кожную кропку на датчыку можна лёгка вылічыць у глыбіню.

Усё гэта адбываецца вельмі хутка, бо мы працуем з хуткасцю святла. Ці можаце вы ўявіць, з якой дакладнасцю і хуткасцю могуць вымяраць датчыкі? Дазвольце мне прывесці прыклад, святло рухаецца з хуткасцю 300 000 кіламетраў у секунду, калі аб'ект знаходзіцца на адлегласці 5 метраў ад вас, розніца ў часе паміж выхадам святла з камеры і вяртаннем складае каля 33 нанасекунд, што эквівалентна ўсяго 0,000000033 секунды! Нічога сабе! Не кажучы ўжо пра тое, што атрыманыя дадзеныя дадуць вам дакладнае 3D лічбавае прадстаўленне кожнага пікселя на малюнку.

Незалежна ад выкарыстоўванага прынцыпу, забеспячэнне крыніцы святла, якая асвятляе ўсю сцэну, дазваляе датчыку вызначаць глыбіню ўсіх кропак. Такі вынік дае вам карту адлегласці, дзе кожны піксель кадуе адлегласць да адпаведнай кропкі ў сцэне. Ніжэй прыведзены прыклад графіка дыяпазону ToF:

Прыклад графіка дыяпазону ToF

Цяпер, калі мы ведаем, што ToF працуе, чаму гэта добра? Навошта гэта выкарыстоўваць? Чым яны карысныя? Не хвалюйцеся, выкарыстанне датчыка ToF мае шмат пераваг, але, вядома, ёсць некаторыя абмежаванні.

3. Перавагі выкарыстання датчыкаў часу пралёта

Дакладнае і хуткае вымярэнне

У параўнанні з іншымі датчыкамі адлегласці, такімі як ультрагук або лазеры, датчыкі часу пралёта здольныя вельмі хутка скласці 3D-малюнак сцэны. Напрыклад, камера ToF можа зрабіць гэта толькі адзін раз. Мала таго, датчык ToF здольны дакладна выяўляць аб'екты за кароткі час і не залежыць ад вільготнасці, ціску паветра і тэмпературы, што робіць яго прыдатным для выкарыстання як у памяшканні, так і на вуліцы.

міжгароднія

Паколькі датчыкі ToF выкарыстоўваюць лазеры, яны таксама здольныя вымяраць вялікія адлегласці і дыяпазоны з высокай дакладнасцю. Датчыкі ToF гнуткія, таму што яны здольныя выяўляць блізкія і далёкія аб'екты любой формы і памеру.

Яна таксама гнуткая ў тым сэнсе, што вы можаце наладзіць оптыку сістэмы для аптымальнай прадукцыйнасці, дзе вы можаце выбраць тыпы перадатчыка і прымача і лінзы, каб атрымаць патрэбнае поле зроку.

Бяспека

Хваляваўся, што лазер ад стToFдатчык пашкодзіць вочы? не хвалюйся! Многія датчыкі ToF цяпер выкарыстоўваюць інфрачырвоны лазер малой магутнасці ў якасці крыніцы святла і кіруюць ім мадуляванымі імпульсамі. Датчык адпавядае стандартам лазернай бяспекі класа 1, каб гарантаваць, што ён бяспечны для чалавечага вока.

эканамічна эфектыўным

У параўнанні з іншымі тэхналогіямі трохмернага сканіравання дыяпазону глыбіні, такімі як сістэмы камер са структураваным святлом або лазерныя далямеры, датчыкі ToF значна таннейшыя за іх.

Нягледзячы на ​​ўсе гэтыя абмежаванні, ToF па-ранейшаму з'яўляецца вельмі надзейным і вельмі хуткім метадам захопу 3D-інфармацыі.

4. Абмежаванні ToF

Хаця ToF мае шмат пераваг, ён таксама мае абмежаванні. Некаторыя з абмежаванняў ToF ўключаюць:

• Рассеянае святло

Калі вельмі яркія паверхні знаходзяцца вельмі блізка да вашага датчыка ToF, яны могуць рассейваць занадта шмат святла ў ваш прыёмнік і ствараць артэфакты і непажаданыя водбліскі, паколькі вашаму датчыку ToF трэба толькі адлюстроўваць святло, калі вымярэнне будзе гатова.

• Шматразовыя адлюстраванні

Пры выкарыстанні датчыкаў ToF на вуглах і ўвагнутых формах яны могуць выклікаць непажаданыя адлюстраванні, бо святло можа некалькі разоў адбівацца, скажаючы вымярэнне.

• Навакольнае асвятленне

Выкарыстанне ToF-камеры на адкрытым паветры пры яркім сонечным святле можа ўскладніць выкарыстанне на вуліцы. Гэта звязана з высокай інтэнсіўнасцю сонечнага святла, якое выклікае хуткае насычэнне пікселяў датчыка, што робіць немагчымым выяўленне фактычнага святла, адлюстраванага ад аб'екта.

• Вывад

Датчыкі ToF іАб'ектыў ToFмогуць быць выкарыстаны ў розных прыкладаннях. Ад 3D-карт, прамысловай аўтаматызацыі, выяўлення перашкод, беспілотных аўтамабіляў, сельскай гаспадаркі, робататэхнікі, навігацыі ў памяшканнях, распазнання жэстаў, сканавання аб'ектаў, вымярэнняў, відэаназірання да дапоўненай рэальнасці! Сферы прымянення тэхналогіі ToF бясконцыя.

Вы можаце звязацца з намі па любых патрэбах у лінзах ToF.

Chuang An Optoelectronics факусуюць на аптычных лінзах высокай выразнасці, каб стварыць ідэальны візуальны брэнд

Кампанія Chuang An Optoelectronics выпускае разнастайныялінзы TOFтакія як:

CH3651A f3,6 мм F1,2 1/2″ IR850 нм

CH3651B f3,6 мм F1,2 1/2″ IR940 нм

CH3652A f3,3 мм F1,1 1/3″ IR850 нм

CH3652B f3,3 мм F1,1 1/3″ IR940 нм

CH3653A f3,9 мм F1,1 1/3″ IR850 нм

CH3653B f3.9mm F1.1 1/3″ IR940nm

CH3654A f5.0mm F1.1 1/3″ IR850nm

CH3654B f5.0mm F1.1 1/3″ IR940nm