1. Co je to senzor doby letu (ToF)?

Co je to letová kamera? Je to kamera, která snímá let letadla? Má to něco společného s letadly nebo letadly? No, to je vlastně hodně daleko!

ToF je měřítkem doby, kterou objekt, částice nebo vlna urazí na určitou vzdálenost. Věděli jste, že netopýří sonar funguje? Systém doby letu je podobný!

Existuje mnoho druhů senzorů doby letu, ale většinou se jedná o kamery a laserové skenery pro měření doby letu, které využívají technologii zvanou lidar (detekce světla a měření vzdálenosti) k měření hloubky různých bodů v obraze tím, že jej osvítí. s infračerveným světlem.

Data generovaná a zachycená pomocí ToF senzorů jsou velmi užitečná, protože mohou poskytovat detekci chodců, autentizaci uživatele na základě rysů obličeje, mapování prostředí pomocí algoritmů SLAM (simultánní lokalizace a mapování) a další.

Tento systém je skutečně široce používán v robotech, samořídících autech a nyní i ve vašem mobilním zařízení. Pokud například používáte Huawei P30 Pro, Oppo RX17 Pro, LG G8 ThinQ atd., váš telefon má fotoaparát ToF!

ToF kamera

2. Jak funguje senzor doby letu?

Nyní bychom rádi krátce představili, co je senzor doby letu a jak funguje.

ToFsenzory používají malé lasery k vyzařování infračerveného světla, kde se výsledné světlo odráží od jakéhokoli předmětu a vrací se zpět do senzoru. Na základě časového rozdílu mezi vyzařováním světla a návratem k senzoru po odrazu od objektu může senzor měřit vzdálenost mezi objektem a senzorem.

Dnes prozkoumáme 2 způsoby, jak ToF využívá cestovní čas k určení vzdálenosti a hloubky: pomocí časovacích impulsů a pomocí fázového posunu amplitudově modulovaných vln.

Použijte časované impulsy

Funguje to například tak, že osvětlíte cíl laserem, poté změříte odražené světlo skenerem a pomocí rychlosti světla extrapolujete vzdálenost objektu k přesnému výpočtu ujeté vzdálenosti. Kromě toho se rozdíl v čase návratu laseru a vlnové délce využívá k vytvoření přesné digitální 3D reprezentace a povrchových vlastností cíle a vizuálního zmapování jeho jednotlivých prvků.

Jak můžete vidět výše, laserové světlo je vystřeleno a poté se odráží od objektu zpět k senzoru. Díky času návratu laseru jsou kamery ToF schopny měřit přesné vzdálenosti v krátkém časovém úseku dané rychlosti pohybu světla. (ToF se převádí na vzdálenost) Toto je vzorec, který analytik používá k dosažení přesné vzdálenosti objektu:

(rychlost světla x doba letu) / 2

ToF převádí na vzdálenost

Jak můžete vidět, časovač se spustí, když je světlo zhasnuté, a když přijímač obdrží zpětné světlo, časovač vrátí čas. Při dvojnásobném odečtení se získá „doba letu“ světla a rychlost světla je konstantní, takže vzdálenost lze snadno vypočítat pomocí výše uvedeného vzorce. Tímto způsobem lze určit všechny body na povrchu objektu.

Použijte fázový posun AM vlny

Dále,ToFmůže také používat spojité vlny k detekci fázového posunu odraženého světla k určení hloubky a vzdálenosti.

Fázový posun pomocí AM vlny

Modulací amplitudy vytváří sinusový zdroj světla se známou frekvencí, což umožňuje detektoru určit fázový posun odraženého světla pomocí následujícího vzorce:

kde c je rychlost světla (c = 3 × 10^8 m/s), λ je vlnová délka (λ = 15 m) a f je frekvence, každý bod na senzoru lze snadno vypočítat do hloubky.

Všechny tyto věci se dějí velmi rychle, protože pracujeme rychlostí světla. Dokážete si představit, s jakou přesností a rychlostí jsou senzory schopny měřit? Uvedu příklad, světlo se šíří rychlostí 300 000 kilometrů za sekundu, pokud je objekt od vás vzdálen 5 m, časový rozdíl mezi světlem opouštějícím kameru a návratem je asi 33 nanosekund, což odpovídá pouze 0,000000033 sekundám! Páni! Nemluvě o tom, že zachycená data vám poskytnou přesnou 3D digitální reprezentaci pro každý pixel v obrázku.

Bez ohledu na použitý princip, poskytnutí světelného zdroje, který osvětluje celou scénu, umožňuje senzoru určit hloubku všech bodů. Takový výsledek vám poskytne mapu vzdálenosti, kde každý pixel kóduje vzdálenost k odpovídajícímu bodu ve scéně. Následuje příklad grafu rozsahu ToF:

Příklad grafu rozsahu ToF

Nyní, když víme, že ToF funguje, proč je to dobré? Proč to používat? K čemu jsou dobré? Nebojte se, použití ToF senzoru má mnoho výhod, ale samozřejmě existují určitá omezení.

3. Výhody použití senzorů doby letu

Přesné a rychlé měření

Ve srovnání s jinými senzory vzdálenosti, jako je ultrazvuk nebo laser, jsou senzory doby letu schopny velmi rychle sestavit 3D obraz scény. Například kamera ToF to může udělat pouze jednou. Nejen to, senzor ToF je schopen přesně detekovat objekty v krátkém čase a není ovlivněn vlhkostí, tlakem vzduchu a teplotou, takže je vhodný pro vnitřní i venkovní použití.

velká vzdálenost

Protože senzory ToF používají lasery, jsou také schopny měřit velké vzdálenosti a dosahy s vysokou přesností. Senzory ToF jsou flexibilní, protože jsou schopny detekovat blízké i vzdálené objekty všech tvarů a velikostí.

Je také flexibilní v tom smyslu, že jste schopni přizpůsobit optiku systému pro optimální výkon, kde si můžete vybrat typ vysílače a přijímače a čočky, abyste získali požadované zorné pole.

Bezpečnost

Obával se, že laser zToFbude vás senzor bolet oči? neboj se! Mnoho senzorů ToF nyní používá jako zdroj světla infračervený laser s nízkým výkonem a pohání jej modulovanými pulzy. Senzor splňuje laserové bezpečnostní normy třídy 1, aby byla zajištěna bezpečnost pro lidské oko.

nákladově efektivní

Ve srovnání s jinými technologiemi 3D skenování hloubky, jako jsou systémy strukturovaných světelných kamer nebo laserové dálkoměry, jsou snímače ToF ve srovnání s nimi mnohem levnější.

Přes všechna tato omezení je ToF stále velmi spolehlivý a velmi rychlý způsob zachycení 3D informací.

4. Omezení ToF

Ačkoli má ToF mnoho výhod, má také omezení. Některá z omezení ToF zahrnují:

• Rozptýlené světlo

Pokud jsou velmi světlé povrchy velmi blízko vašeho snímače ToF, mohou rozptylovat příliš mnoho světla do vašeho přijímače a vytvářet artefakty a nežádoucí odrazy, protože váš snímač ToF potřebuje odrážet světlo, jakmile je měření připraveno.

• Vícenásobné odrazy

Při použití snímačů ToF na rozích a konkávních tvarech mohou způsobit nežádoucí odrazy, protože světlo se může mnohonásobně odrazit a zkreslit tak měření.

• Okolní světlo

Používání kamery ToF venku za jasného slunečního světla může ztížit použití venku. To je způsobeno vysokou intenzitou slunečního záření, které způsobuje rychlé nasycení pixelů snímače, což znemožňuje detekovat skutečné světlo odražené od objektu.

• Závěr

ToF senzory aObjektiv ToFlze použít v různých aplikacích. Od 3D mapování, průmyslové automatizace, detekce překážek, samořídících aut, zemědělství, robotiky, vnitřní navigace, rozpoznávání gest, skenování objektů, měření, sledování až po rozšířenou realitu! Aplikace technologie ToF jsou nekonečné.

Můžete nás kontaktovat pro jakékoli potřeby čoček ToF.

Chuang An Optoelectronics se zaměřuje na optické čočky s vysokým rozlišením, aby vytvořila dokonalou vizuální značku

Chuang An Optoelectronics nyní vyrábí různéTOF čočkyjako například:

CH3651A f3,6mm F1,2 1/2″ IR850nm

CH3651B f3,6mm F1,2 1/2″ IR940nm

CH3652A f3,3 mm 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