1. Què és un sensor de temps de vol (TOF)?

Què és una càmera de temps de vol? És la càmera que capta el vol de l’avió? Té alguna cosa a veure amb els avions o els avions? Bé, en realitat és un llarg camí!

El TOF és una mesura del temps que es necessita per a un objecte, partícula o ona per recórrer una distància. Sabíeu que el sistema sonar d’un ratpenat funciona? El sistema de temps de vol és similar.

Hi ha molts tipus de sensors de temps de vol, però la majoria són càmeres de temps de vol i escàners làser, que utilitzen una tecnologia anomenada LiDAR (detecció de llum i que es mou) per mesurar la profunditat de diversos punts en una imatge brillant amb llum infraroja.

Les dades generades i capturades mitjançant sensors TOF són molt útils, ja que pot proporcionar detecció de vianants, autenticació d’usuari basada en funcions facials, mapeig d’entorn mitjançant algoritmes SLAM (localització simultània i mapeig) i molt més.

Aquest sistema s’utilitza àmpliament en robots, cotxes d’auto-conducció i, fins i tot, ara en el vostre dispositiu mòbil. Per exemple, si utilitzeu Huawei P30 Pro, Oppo RX17 Pro, LG G8 ThinQ, etc., el vostre telèfon té una càmera TOF.

Una càmera TOF

2. Com funciona el sensor de temps de vol?

Ara, voldríem donar una breu introducció de què és un sensor de temps de vol i com funciona.

TofEls sensors utilitzen làsers minúsculs per emetre llum infraroja, on la llum resultant rebota qualsevol objecte i torna al sensor. A partir de la diferència horària entre l’emissió de la llum i el retorn al sensor després de ser reflectit per l’objecte, el sensor pot mesurar la distància entre l’objecte i el sensor.

Avui, explorarem de dues maneres en què TOF utilitza el temps de viatge per determinar la distància i la profunditat: utilitzar polsos de sincronització i utilitzar el canvi de fase d’ones modulades d’amplitud.

Utilitzeu polsos cronometrats

Per exemple, funciona il·luminant un objectiu amb un làser i, a continuació, mesurant la llum reflectida amb un escàner, i després utilitzant la velocitat de llum per extrapolar la distància de l’objecte per calcular amb precisió la distància recorreguda. A més, la diferència en el temps de retorn i la longitud d’ona del làser s’utilitza per fer una representació digital 3D i les característiques de superfície digitals de l’objectiu i mapar visualment les seves característiques individuals.

Com es pot veure més amunt, la llum làser es dispara i després reboteu l'objecte de nou al sensor. Amb el temps de retorn del làser, les càmeres TOF poden mesurar distàncies precises en un curt període de temps donada la velocitat del viatge lleuger. (TOF es converteix a distància) Aquesta és la fórmula que utilitza un analista per arribar a la distància exacta d’un objecte:

(velocitat de la llum x temps del vol) / 2

TOF es converteix en distància

Com veieu, el temporitzador s’iniciarà mentre la llum estigui desactivada i quan el receptor rep la llum de retorn, el temporitzador tornarà el temps. En restar dues vegades, s’obté el “temps de vol” de la llum i la velocitat de la llum és constant, de manera que es pot calcular fàcilment la distància mitjançant la fórmula anterior. D’aquesta manera, es poden determinar tots els punts de la superfície de l’objecte.

Utilitzeu el canvi de fase de l’ona AM

A continuació, elTofTambé pot utilitzar ones contínues per detectar el canvi de fase de la llum reflectida per determinar la profunditat i la distància.

Canvi de fase mitjançant on wave

Modulant l'amplitud, crea una font de llum sinusoïdal amb una freqüència coneguda, permetent al detector determinar el canvi de fase de la llum reflectida mitjançant la fórmula següent:

Quan C és la velocitat de la llum (C = 3 × 10^8 m/s), λ és una longitud d'ona (λ = 15 m), i f és la freqüència, cada punt del sensor es pot calcular fàcilment en profunditat.

Totes aquestes coses passen molt ràpidament a mesura que treballem a la velocitat de la llum. T’imagines la precisió i la velocitat amb quins sensors poden mesurar? Permeteu -me un exemple, els viatges de llum a una velocitat de 300.000 quilòmetres per segon, si un objecte es troba a 5 m de distància de vosaltres, la diferència horària entre la llum que surt de la càmera i la tornada és d’uns 33 nanosegons, que només equival a 0,000000033 segons! Vaja! Per no oblidar, les dades capturades us donaran una representació digital 3D precisa per a cada píxel de la imatge.

Independentment del principi que s’utilitza, proporcionant una font de llum que il·lumina tota l’escena permet al sensor determinar la profunditat de tots els punts. Aquest resultat us proporciona un mapa de distància on cada píxel codifica la distància fins al punt corresponent de l'escena. A continuació, es mostra un exemple de gràfic de gamma TOF:

Un exemple de gràfic de gamma TOF

Ara que sabem que TOF funciona, per què és bo? Per què utilitzar -lo? Per a què serveixen? No us preocupeu, hi ha molts avantatges d’utilitzar un sensor TOF, però, per descomptat, hi ha algunes limitacions.

3. Els avantatges d’utilitzar sensors de temps de vol

Mesura precisa i ràpida

En comparació amb altres sensors de distància com ara ultrasons o làsers, els sensors de temps de vol poden compondre una imatge 3D d’una escena molt ràpidament. Per exemple, una càmera TOF pot fer -ho només una vegada. No només això, el sensor TOF és capaç de detectar objectes amb precisió en poc temps i no es veu afectat per la humitat, la pressió de l’aire i la temperatura, cosa que el fa adequat tant per a ús interior com exterior.

llarga distància

Atès que els sensors TOF utilitzen làsers, també són capaços de mesurar llargues distàncies i intervals amb alta precisió. Els sensors TOF són flexibles perquè són capaços de detectar objectes propers i llunyans de totes les formes i mides.

També és flexible en el sentit que podeu personalitzar l’òptica del sistema per obtenir un rendiment òptim, on podeu triar els tipus i lents del transmissor i receptor per obtenir el camp de vista desitjat.

Seguretat

Preocupat perquè el làser delTofEl sensor us farà mal als ulls? No us preocupeu! Molts sensors TOF ara utilitzen un làser d’infrarojos de baixa potència com a font de llum i el condueixen amb polsos modulats. El sensor compleix els estàndards de seguretat làser de classe 1 per assegurar -se que sigui segur per a l’ull humà.

Resistent

En comparació amb altres tecnologies d’escaneig de rang de profunditat 3D com ara sistemes de càmeres de llum estructurades o teles làser, els sensors TOF són molt més barats en comparació amb ells.

Malgrat totes aquestes limitacions, TOF encara és molt fiable i un mètode molt ràpid per capturar informació en 3D.

4. Limitacions del TOF

Tot i que TOF té molts avantatges, també té limitacions. Algunes de les limitacions del TOF inclouen:

• Llum dispersat

Si les superfícies molt brillants estan molt a prop del vostre sensor TOF, poden escampar massa llum al receptor i crear artefactes i reflexions no desitjades, ja que el vostre sensor TOF només ha de reflectir la llum un cop estigui llesta la mesura.

• Reflexions múltiples

Quan s’utilitzen sensors TOF a les cantonades i formes còncaves, poden causar reflexos no desitjats, ja que la llum pot rebotar diverses vegades, distorsionant la mesura.

• Llum ambient

Utilitzar la càmera TOF a l’aire lliure a la llum del sol brillant pot dificultar l’ús a l’aire lliure. Això es deu a l’elevada intensitat de la llum del sol que fa que els píxels del sensor es saturin ràpidament, cosa que fa impossible la detecció de la llum real reflectida des de l’objecte.

• La conclusió

Sensors de tof iLent TOFes pot utilitzar en diverses aplicacions. Des de mapes 3D, automatització industrial, detecció d’obstacles, cotxes autònoms, agricultura, robòtica, navegació interior, reconeixement de gestos, exploració d’objectes, mesures, vigilància a la realitat augmentada. Les aplicacions de la tecnologia TOF són infinites.

Podeu contactar amb nosaltres per obtenir qualsevol necessitat de lents TOF.

Chuang An Optoelectronics se centra en lents òptiques d’alta definició per crear una marca visual perfecta

Chuang An Optoelectronics ha produït ara una varietat deLents de tofcom ara:

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