1. Какво представлява сензорът за време на полет (ToF)?

Какво е камера за време на полет? Това ли е камерата, която заснема полета на самолета? Има ли нещо общо със самолети или самолети? Е, всъщност е много далече!

ToF е мярка за времето, необходимо на обект, частица или вълна да измине разстояние. Знаете ли, че сонарната система на прилепа работи? Системата за време на полет е подобна!

Има много видове сензори за време на полет, но повечето са камери за време на полет и лазерни скенери, които използват технология, наречена lidar (откриване и обхват на светлина), за да измерват дълбочината на различни точки в изображението, като го осветяват с инфрачервена светлина.

Данните, генерирани и заснети с помощта на ToF сензори, са много полезни, тъй като могат да осигурят откриване на пешеходци, удостоверяване на потребител въз основа на черти на лицето, картографиране на околната среда с помощта на SLAM (едновременно локализиране и картографиране) алгоритми и др.

Тази система всъщност се използва широко в роботи, самоуправляващи се автомобили и дори сега във вашето мобилно устройство. Например, ако използвате Huawei P30 Pro, Oppo RX17 Pro, LG G8 ThinQ и т.н., вашият телефон има ToF камера!

ToF камера

2. Как работи сензорът за време на полет?

Сега бихме искали да представим накратко какво представлява сензорът за време на полет и как работи.

ToFсензорите използват малки лазери, за да излъчват инфрачервена светлина, където получената светлина отскача от всеки обект и се връща към сензора. Въз основа на разликата във времето между излъчването на светлина и връщането към сензора след отразяване от обекта, сензорът може да измерва разстоянието между обекта и сензора.

Днес ще проучим 2 начина как ToF използва времето за пътуване, за да определи разстоянието и дълбочината: използване на времеви импулси и използване на фазово изместване на амплитудно модулирани вълни.

Използвайте времеви импулси

Например, той работи, като осветява цел с лазер, след това измерва отразената светлина със скенер и след това използва скоростта на светлината, за да екстраполира разстоянието до обекта, за да изчисли точно изминатото разстояние. В допълнение, разликата във времето за връщане на лазера и дължината на вълната след това се използва, за да се направи точно цифрово 3D представяне и повърхностни характеристики на целта и визуално да се начертаят нейните индивидуални характеристики.

Както можете да видите по-горе, лазерната светлина се изстрелва и след това отскача от обекта обратно към сензора. С времето за връщане на лазера, ToF камерите са в състояние да измерват точни разстояния за кратък период от време, като се има предвид скоростта на движение на светлината. (ToF се преобразува в разстояние) Това е формулата, която анализаторът използва, за да достигне до точното разстояние на обект:

(скорост на светлината х време на полет) / 2

ToF се преобразува в разстояние

Както можете да видите, таймерът ще започне, докато светлината е изключена, и когато приемникът получи обратната светлина, таймерът ще върне часа. При двойно изваждане се получава „времето на полет“ на светлината, а скоростта на светлината е постоянна, така че разстоянието може лесно да се изчисли с помощта на горната формула. По този начин могат да се определят всички точки от повърхността на обекта.

Използвайте фазовото изместване на AM вълната

След това,ToFможе също да използва непрекъснати вълни, за да открие фазовото изместване на отразената светлина, за да определи дълбочината и разстоянието.

Фазово изместване с помощта на AM вълна

Чрез модулиране на амплитудата, той създава синусоидален светлинен източник с известна честота, което позволява на детектора да определи фазовото изместване на отразената светлина, като използва следната формула:

където c е скоростта на светлината (c = 3 × 10^8 m/s), λ е дължина на вълната (λ = 15 m) и f е честотата, всяка точка от сензора може лесно да бъде изчислена в дълбочина.

Всички тези неща се случват много бързо, тъй като работим със скоростта на светлината. Можете ли да си представите прецизността и скоростта, с които сензорите могат да измерват? Нека дам пример, светлината се движи със скорост от 300 000 километра в секунда, ако даден обект е на 5 метра от вас, времевата разлика между светлината, която напуска камерата и се връща, е около 33 наносекунди, което е само еквивалентно на 0,000000033 секунди! Уау! Да не говорим, че заснетите данни ще ви дадат точно 3D цифрово представяне за всеки пиксел в изображението.

Независимо от използвания принцип, осигуряването на източник на светлина, който осветява цялата сцена, позволява на сензора да определи дълбочината на всички точки. Такъв резултат ви дава карта на разстоянието, където всеки пиксел кодира разстоянието до съответната точка в сцената. Следното е пример за графика на ToF диапазон:

Пример за диаграма на ToF диапазон

Сега, след като знаем, че ToF работи, защо е добре? Защо да го използвате? За какво са полезни? Не се притеснявайте, има много предимства при използването на ToF сензор, но разбира се има и някои ограничения.

3. Ползите от използването на сензори за време на полет

Точно и бързо измерване

В сравнение с други сензори за разстояние, като ултразвук или лазери, сензорите за време на полет са в състояние да композират 3D изображение на сцена много бързо. Например, ToF камера може да направи това само веднъж. Не само това, сензорът ToF е в състояние да открива обекти точно за кратко време и не се влияе от влажност, въздушно налягане и температура, което го прави подходящ както за вътрешна, така и за външна употреба.

дълги разстояния

Тъй като ToF сензорите използват лазери, те също така могат да измерват дълги разстояния и обхвати с висока точност. ToF сензорите са гъвкави, защото са в състояние да откриват близки и далечни обекти с всякакви форми и размери.

Освен това е гъвкав в смисъл, че можете да персонализирате оптиката на системата за оптимална производителност, където можете да изберете типовете предавател и приемник и лещите, за да получите желаното зрително поле.

Безопасност

Притеснява се, че лазерът отToFсензорът ще ви нарани ли очите? не се тревожи! Много ToF сензори сега използват инфрачервен лазер с ниска мощност като източник на светлина и го управляват с модулирани импулси. Сензорът отговаря на стандартите за лазерна безопасност Клас 1, за да се гарантира, че е безопасен за човешкото око.

икономически ефективен

В сравнение с други 3D технологии за сканиране на диапазон на дълбочина, като системи със структурирана светлина или лазерни далекомери, ToF сензорите са много по-евтини в сравнение с тях.

Въпреки всички тези ограничения, ToF все още е много надежден и много бърз метод за заснемане на 3D информация.

4. Ограничения на ToF

Въпреки че ToF има много предимства, той има и ограничения. Някои от ограниченията на ToF включват:

• Разсеяна светлина

Ако много ярки повърхности са много близо до вашия ToF сензор, те може да разпръснат твърде много светлина във вашия приемник и да създадат артефакти и нежелани отражения, тъй като вашият ToF сензор трябва да отразява светлината само след като измерването е готово.

• Множество отражения

Когато използвате ToF сензори върху ъгли и вдлъбнати форми, те могат да причинят нежелани отражения, тъй като светлината може да отскочи многократно, изкривявайки измерването.

• Околна светлина

Използването на ToF камерата на открито при ярка слънчева светлина може да затрудни използването на открито. Това се дължи на високия интензитет на слънчевата светлина, която причинява бързо насищане на сензорните пиксели, което прави невъзможно откриването на действителната светлина, отразена от обекта.

• Изводът

ToF сензори иToF обективможе да се използва в различни приложения. От 3D картографиране, индустриална автоматизация, откриване на препятствия, самоуправляващи се автомобили, селско стопанство, роботика, навигация на закрито, разпознаване на жестове, сканиране на обекти, измервания, наблюдение до добавена реалност! Приложенията на ToF технологията са безкрайни.

Можете да се свържете с нас за всякакви нужди от ToF лещи.

Chuang An Optoelectronics се фокусира върху оптични лещи с висока разделителна способност, за да създаде перфектна визуална марка

Chuang An Optoelectronics вече е произвела различниTOF лещикато:

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