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

Què és una càmera de temps de vol? És la càmera la que capta el vol de l'avió? Té alguna cosa a veure amb avions o avions? Bé, en realitat està molt lluny!

ToF és una mesura del temps que triga un objecte, partícula o ona a recórrer una distància. Sabíeu que el sistema de 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 i abast de la llum) per mesurar la profunditat de diversos punts d'una imatge brillant-la. amb llum infraroja.

Les dades generades i capturades amb sensors ToF són molt útils, ja que poden proporcionar detecció de vianants, autenticació d'usuari basada en característiques facials, mapeig de l'entorn mitjançant algorismes SLAM (localització i mapeig simultània), i molt més.

Aquest sistema s'utilitza àmpliament en robots, cotxes autònoms 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, ens agradaria fer una breu introducció sobre 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 en qualsevol objecte i torna al sensor. En funció de la diferència de temps entre l'emissió de 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 dues maneres com ToF utilitza el temps de viatge per determinar la distància i la profunditat: utilitzant polsos de temporització i utilitzant el canvi de fase d'ones modulades en amplitud.

Utilitzeu polsos cronometrats

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

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

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

ToF es converteix en distància

Com podeu veure, el temporitzador s'iniciarà mentre la llum està apagada, i quan el receptor rebi la llum de retorn, el temporitzador tornarà l'hora. En restar dues vegades, s'obté el "temps de vol" de la llum i la velocitat de la llum és constant, de manera que la distància es pot calcular fàcilment 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 ona AM

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

on 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 ràpid mentre treballem a la velocitat de la llum. Us imagineu la precisió i la velocitat amb què els sensors són capaços de mesurar? Permeteu-me posar un exemple, la llum viatja a una velocitat de 300.000 quilòmetres per segon, si un objecte es troba a 5 m de vosaltres, la diferència de temps entre la llum que surt de la càmera i la torna és d'uns 33 nanosegons, que només equivalen a 0,000000033 segons! Vaja! Per no parlar, les dades capturades us proporcionaran una representació digital en 3D precisa per a cada píxel de la imatge.

Independentment del principi utilitzat, proporcionar una font de llum que il·lumini tota l'escena permet que el sensor determini la profunditat de tots els punts. Aquest resultat us proporciona un mapa de distància on cada píxel codifica la distància al punt corresponent de l'escena. El següent és un exemple de gràfic d'interval ToF:

Un exemple de gràfic d'interval 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 ràpida i precisa

En comparació amb altres sensors de distància com ara ultrasons o làsers, els sensors de temps de vol són capaços de compondre una imatge 3D d'una escena molt ràpidament. Per exemple, una càmera ToF només pot fer-ho 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, el que el fa adequat tant per a ús interior com exterior.

llarga distància

Com que els sensors ToF utilitzen làsers, també són capaços de mesurar llargues distàncies i rangs amb gran 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 de transmissor i receptor i les lents per obtenir el camp de visió desitjat.

Seguretat

Preocupat que el làser de laToFel sensor et farà mal als ulls? no et preocupis! Molts sensors ToF ara utilitzen un làser infrarojo 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 garantir que és segur per a l'ull humà.

rendible

En comparació amb altres tecnologies d'escaneig de profunditat en 3D, com ara sistemes de càmeres de llum estructurada o telèmetres làser, els sensors ToF són molt més barats en comparació amb ells.

Malgrat totes aquestes limitacions, ToF segueix sent molt fiable i un mètode molt ràpid per capturar informació en 3D.

4. Limitacions de ToF

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

• Llum dispersa

Si les superfícies molt brillants estan molt a prop del vostre sensor ToF, poden dispersar massa llum al vostre receptor i crear artefactes i reflexos no desitjats, 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 cantonades i formes còncaves, poden provocar reflexos no desitjats, ja que la llum pot rebotar diverses vegades, distorsionant la mesura.

• Llum ambiental

L'ús de la càmera ToF a l'aire lliure amb llum solar intensa pot dificultar l'ús a l'exterior. Això es deu a l'alta intensitat de la llum solar que fa que els píxels del sensor es saturin ràpidament, fent impossible detectar la llum real reflectida per l'objecte.

• La conclusió

sensors ToF iLent ToFes pot utilitzar en una varietat d'aplicacions. Des de la cartografia 3D, l'automatització industrial, la detecció d'obstacles, els cotxes autònoms, l'agricultura, la robòtica, la navegació interior, el reconeixement de gestos, l'escaneig d'objectes, les mesures, la vigilància fins a la realitat augmentada! Les aplicacions de la tecnologia ToF són infinites.

Pots contactar amb nosaltres per a 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 ara ha produït una varietat deLents 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