1. Šta je senzor vremena leta (ToF)?

Šta je kamera za vreme leta? Da li je kamera ta koja snima let aviona? Ima li to veze sa avionima ili avionima? Pa, zapravo je daleko!

ToF je mjera vremena potrebnog objektu, čestici ili valu da pređe udaljenost. Jeste li znali da sonarni sistem šišmiša radi? Sistem vremena leta je sličan!

Postoji mnogo vrsta senzora za vrijeme leta, ali većina su kamere za vrijeme leta i laserski skeneri, koji koriste tehnologiju zvanu lidar (detekcija svjetla i dometa) za mjerenje dubine različitih tačaka na slici tako što je osvjetljavaju. sa infracrvenim svetlom.

Podaci generirani i uhvaćeni korištenjem ToF senzora vrlo su korisni jer mogu obezbijediti detekciju pješaka, autentifikaciju korisnika na osnovu osobina lica, mapiranje okruženja pomoću algoritama SLAM (simultana lokalizacija i mapiranje) i još mnogo toga.

Ovaj sistem se zapravo široko koristi u robotima, samovozećim automobilima, pa čak i sada na vašem mobilnom uređaju. Na primjer, ako koristite Huawei P30 Pro, Oppo RX17 Pro, LG G8 ThinQ, itd., vaš telefon ima ToF kameru!

ToF kamera

2. Kako radi senzor vremena leta?

Sada bismo željeli dati kratak uvod o tome šta je senzor vremena leta i kako radi.

ToFsenzori koriste sićušne lasere da emituju infracrveno svjetlo, gdje se rezultirajuća svjetlost odbija od bilo kojeg objekta i vraća se senzoru. Na osnovu vremenske razlike između emisije svjetlosti i povratka na senzor nakon odbijanja od objekta, senzor može mjeriti udaljenost između objekta i senzora.

Danas ćemo istražiti 2 načina kako ToF koristi vrijeme putovanja za određivanje udaljenosti i dubine: korištenjem vremenskih impulsa i korištenjem faznog pomaka amplitudno moduliranih valova.

Koristite tempirane impulse

Na primjer, radi tako što osvjetljava metu laserom, zatim mjeri reflektovanu svjetlost skenerom, a zatim koristi brzinu svjetlosti za ekstrapolaciju udaljenosti objekta kako bi se precizno izračunala pređena udaljenost. Osim toga, razlika u vremenu povratka lasera i talasnoj dužini se zatim koristi za izradu tačne digitalne 3D reprezentacije i površinskih karakteristika mete, te vizualno mapiranje njenih pojedinačnih karakteristika.

Kao što možete vidjeti gore, lasersko svjetlo se ispaljuje, a zatim se odbija od objekta natrag do senzora. Sa vremenom povratka lasera, ToF kamere su u stanju da izmjere precizne udaljenosti u kratkom vremenskom periodu s obzirom na brzinu putovanja svjetlosti. (ToF se pretvara u udaljenost) Ovo je formula koju analitičar koristi da bi došao do tačne udaljenosti objekta:

(brzina svjetlosti x vrijeme leta) / 2

ToF se pretvara u udaljenost

Kao što vidite, tajmer će se pokrenuti dok je svjetlo isključeno, a kada prijemnik primi povratno svjetlo, tajmer će vratiti vrijeme. Kada se dva puta oduzme, dobija se "vrijeme leta" svjetlosti, a brzina svjetlosti je konstantna, tako da se udaljenost može lako izračunati korištenjem gornje formule. Na taj način se mogu odrediti sve tačke na površini objekta.

Koristite fazni pomak AM talasa

Sledeće, theToFtakođer može koristiti kontinuirane valove da otkrije fazni pomak reflektirane svjetlosti kako bi odredio dubinu i udaljenost.

Fazni pomak korištenjem AM vala

Modulacijom amplitude, stvara sinusoidalni izvor svjetlosti sa poznatom frekvencijom, omogućavajući detektoru da odredi fazni pomak reflektirane svjetlosti koristeći sljedeću formulu:

gdje je c brzina svjetlosti (c = 3 × 10^8 m/s), λ je talasna dužina (λ = 15 m), a f je frekvencija, svaka tačka na senzoru može se lako izračunati u dubini.

Sve ove stvari se dešavaju veoma brzo dok radimo brzinom svetlosti. Možete li zamisliti preciznost i brzinu kojom senzori mogu mjeriti? Dozvolite mi da navedem primjer, svjetlost putuje brzinom od 300.000 kilometara u sekundi, ako je objekt udaljen 5m od vas, vremenska razlika između svjetlosti koja napušta kameru i vraća se je oko 33 nanosekunde, što je samo 0,000000033 sekunde! Vau! Da ne spominjemo, snimljeni podaci će vam dati precizan 3D digitalni prikaz za svaki piksel na slici.

Bez obzira na princip koji se koristi, obezbjeđivanje izvora svjetlosti koji osvjetljava cijelu scenu omogućava senzoru da odredi dubinu svih tačaka. Takav rezultat daje mapu udaljenosti gdje svaki piksel kodira udaljenost do odgovarajuće točke u sceni. Slijedi primjer grafa ToF raspona:

Primjer grafa ToF raspona

Sada kada znamo da ToF radi, zašto je dobar? Zašto ga koristiti? Za šta su oni dobri? Ne brinite, postoje mnoge prednosti korištenja ToF senzora, ali naravno postoje i neka ograničenja.

3. Prednosti korištenja senzora vremena leta

Precizno i ​​brzo merenje

U poređenju sa drugim senzorima udaljenosti kao što su ultrazvuk ili laseri, senzori vremena leta mogu vrlo brzo da sastave 3D sliku scene. Na primjer, ToF kamera to može učiniti samo jednom. I ne samo to, ToF senzor je u stanju da precizno detektuje objekte u kratkom vremenu i na njega ne utiču vlaga, vazdušni pritisak i temperatura, što ga čini pogodnim za unutrašnju i spoljašnju upotrebu.

velike udaljenosti

Budući da ToF senzori koriste lasere, oni su također sposobni za mjerenje velikih udaljenosti i raspona s velikom preciznošću. ToF senzori su fleksibilni jer su u stanju da detektuju bliske i udaljene objekte svih oblika i veličina.

Takođe je fleksibilan u smislu da možete prilagoditi optiku sistema za optimalne performanse, gdje možete odabrati tipove predajnika i prijemnika i sočiva kako biste dobili željeno vidno polje.

Sigurnost

Zabrinut da je laser izToFsenzor će vam ozlijediti oči? ne brini! Mnogi ToF senzori sada koriste infracrveni laser male snage kao izvor svjetlosti i pokreću ga moduliranim impulsima. Senzor ispunjava klasu 1 laserskih sigurnosnih standarda kako bi se osiguralo da je bezbedan za ljudsko oko.

isplativo

U poređenju s drugim tehnologijama skeniranja 3D opsega dubine, kao što su sistemi kamera sa strukturiranim svjetlom ili laserski daljinomjeri, ToF senzori su mnogo jeftiniji u odnosu na njih.

Unatoč svim ovim ograničenjima, ToF je i dalje vrlo pouzdan i vrlo brz metod hvatanja 3D informacija.

4. Ograničenja ToF-a

Iako ToF ima mnogo prednosti, ima i ograničenja. Neka od ograničenja ToF-a uključuju:

• Raspršena svjetlost

Ako su vrlo svijetle površine vrlo blizu vašeg ToF senzora, one mogu raspršiti previše svjetla u vaš prijemnik i stvoriti artefakte i neželjene refleksije, budući da vaš ToF senzor treba reflektirati svjetlost tek kada je mjerenje spremno.

• Višestruke refleksije

Kada koristite ToF senzore na uglovima i konkavnim oblicima, oni mogu uzrokovati neželjene refleksije, jer se svjetlost može odbiti više puta, izobličujući mjerenje.

• Ambijentalno svjetlo

Upotreba ToF kamere na otvorenom na jakom suncu može otežati upotrebu na otvorenom. To je zbog visokog intenziteta sunčeve svjetlosti koja uzrokuje brzo zasićenje piksela senzora, što onemogućuje detekciju stvarne svjetlosti koja se odbija od objekta.

• Zaključak

ToF senzori iToF objektivmože se koristiti u raznim aplikacijama. Od 3D mapiranja, industrijske automatizacije, detekcije prepreka, samovozećih automobila, poljoprivrede, robotike, unutrašnje navigacije, prepoznavanja pokreta, skeniranja objekata, mjerenja, nadzora do proširene stvarnosti! Primjene ToF tehnologije su beskrajne.

Možete nas kontaktirati za sve potrebe ToF sočiva.

Chuang An Optoelectronics fokusira se na optička sočiva visoke definicije kako bi stvorila savršen vizualni brend

Chuang An Optoelectronics sada proizvodi razneTOF sočivakao što su:

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