1. Τι είναι ένας αισθητήρας χρόνου πτήσης (TOF);

Τι είναι μια κάμερα χρόνου πτήσης; Είναι η κάμερα που συλλαμβάνει την πτήση του αεροπλάνου; Έχει κάτι να κάνει με αεροπλάνα ή αεροπλάνα; Λοιπόν, είναι στην πραγματικότητα πολύ μακριά!

Το TOF είναι ένα μέτρο του χρόνου που χρειάζεται για ένα αντικείμενο, ένα σωματίδιο ή κύμα για να ταξιδέψει σε απόσταση. Γνωρίζατε ότι λειτουργεί το σόναρ ενός νυχτερίδα; Το σύστημα χρόνου πτήσης είναι παρόμοιο!

Υπάρχουν πολλά είδη αισθητήρων χρόνου πτήσης, αλλά οι περισσότεροι είναι κάμερες χρόνου πτήσης και σαρωτές λέιζερ, οι οποίοι χρησιμοποιούν μια τεχνολογία που ονομάζεται Lidar (ανίχνευση φωτός και κυματοειδές) για να μετρήσει το βάθος των διαφόρων σημείων σε μια εικόνα με λάμψη με υπέρυθρο φως.

Τα δεδομένα που παράγονται και καταγράφονται χρησιμοποιώντας αισθητήρες TOF είναι πολύ χρήσιμα, καθώς μπορεί να παρέχει ανίχνευση πεζών, έλεγχο ταυτότητας χρήστη με βάση χαρακτηριστικά προσώπου, χαρτογράφηση περιβάλλοντος χρησιμοποιώντας αλγόριθμους SLAM (ταυτόχρονης εντοπισμού και χαρτογράφησης) και πολλά άλλα.

Αυτό το σύστημα χρησιμοποιείται ευρέως σε ρομπότ, αυτοκίνητα αυτο-οδήγησης, ακόμα και τώρα την κινητή συσκευή σας. Για παράδειγμα, εάν χρησιμοποιείτε Huawei P30 Pro, Oppo RX17 Pro, LG G8 Thinq, κλπ., Το τηλέφωνό σας έχει κάμερα TOF!

Μια κάμερα TOF

2. Πώς λειτουργεί ο αισθητήρας του χρόνου πτήσης;

Τώρα, θα θέλαμε να δώσουμε μια σύντομη εισαγωγή του τι είναι ένας αισθητήρας χρόνου πτήσης και πώς λειτουργεί.

ToFΟι αισθητήρες χρησιμοποιούν μικροσκοπικά λέιζερ για να εκπέμπουν υπέρυθρο φως, όπου το προκύπτον φως αναπηδά από οποιοδήποτε αντικείμενο και επιστρέφει στον αισθητήρα. Με βάση τη χρονική διαφορά μεταξύ της εκπομπής του φωτός και της επιστροφής στον αισθητήρα αφού αντανακλάται από το αντικείμενο, ο αισθητήρας μπορεί να μετρήσει την απόσταση μεταξύ του αντικειμένου και του αισθητήρα.

Σήμερα, θα διερευνήσουμε 2 τρόπους με τον οποίο το TOF χρησιμοποιεί το χρόνο ταξιδιού για να καθορίσει την απόσταση και το βάθος: χρησιμοποιώντας παλμούς χρονισμού και χρησιμοποιώντας μετατόπιση φάσης των κυμάτων διαμορφωμένου πλάτους.

Χρησιμοποιήστε χρονομετρημένα παλμούς

Για παράδειγμα, λειτουργεί φωτίζοντας έναν στόχο με ένα λέιζερ, στη συνέχεια, μετρώντας το ανακλώμενο φως με έναν σαρωτή και στη συνέχεια χρησιμοποιώντας την ταχύτητα του φωτός για να προχωρήσει η απόσταση του αντικειμένου για να υπολογίσει με ακρίβεια την απόσταση που διανύθηκε. Επιπλέον, η διαφορά στο χρόνο επιστροφής λέιζερ και το μήκος κύματος χρησιμοποιείται στη συνέχεια για να δημιουργηθεί μια ακριβής ψηφιακή αναπαράσταση 3D και επιφανειακά χαρακτηριστικά του στόχου και να αντιστοιχούν οπτικά τα μεμονωμένα χαρακτηριστικά του.

Όπως μπορείτε να δείτε παραπάνω, το φως λέιζερ εκτοξεύεται και στη συνέχεια αναπηδά από το αντικείμενο πίσω στον αισθητήρα. Με τον χρόνο επιστροφής λέιζερ, οι κάμερες TOF είναι σε θέση να μετρήσουν ακριβείς αποστάσεις σε σύντομο χρονικό διάστημα, δεδομένης της ταχύτητας του φωτός ταξιδιού. (TOF μετατρέπεται σε απόσταση) Αυτός είναι ο αναλυτής της φόρμουλας που ένας αναλυτής για να φτάσει στην ακριβή απόσταση ενός αντικειμένου:

(ταχύτητα φωτός x ώρα πτήσης) / 2

Το TOF μετατρέπεται σε απόσταση

Όπως μπορείτε να δείτε, ο χρονοδιακόπτης θα ξεκινήσει ενώ το φως είναι απενεργοποιημένο και όταν ο δέκτης λάβει το φως επιστροφής, ο χρονοδιακόπτης θα επιστρέψει την ώρα. Κατά την αφαίρεση δύο φορές, λαμβάνεται ο "χρόνος πτήσης" του φωτός και η ταχύτητα του φωτός είναι σταθερή, οπότε η απόσταση μπορεί εύκολα να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον παραπάνω τύπο. Με αυτόν τον τρόπο, όλα τα σημεία στην επιφάνεια του αντικειμένου μπορούν να προσδιοριστούν.

Χρησιμοποιήστε τη μετατόπιση φάσης του AM Wave

Στη συνέχεια, τοToFΜπορεί επίσης να χρησιμοποιήσει συνεχή κύματα για να ανιχνεύσει τη μετατόπιση φάσης του ανακλώμενου φωτός για τον προσδιορισμό του βάθους και της απόστασης.

Μετατόπιση φάσης χρησιμοποιώντας το AM Wave

Διαμορφώνοντας το εύρος, δημιουργεί μια πηγή ημιτονοειδούς φωτός με γνωστή συχνότητα, επιτρέποντας στον ανιχνευτή να προσδιορίσει τη μετατόπιση φάσης του ανακλώμενου φωτός χρησιμοποιώντας τον ακόλουθο τύπο:

Όπου το C είναι η ταχύτητα του φωτός (C = 3 × 10^8 m/s), το λ είναι ένα μήκος κύματος (λ = 15 m) και F είναι η συχνότητα, κάθε σημείο στον αισθητήρα μπορεί εύκολα να υπολογιστεί σε βάθος.

Όλα αυτά τα πράγματα συμβαίνουν πολύ γρήγορα καθώς εργαζόμαστε με την ταχύτητα του φωτός. Μπορείτε να φανταστείτε την ακρίβεια και την ταχύτητα με τους οποίους οι αισθητήρες είναι σε θέση να μετρήσουν; Επιτρέψτε μου να δώσω ένα παράδειγμα, το φως ταξιδεύει με ταχύτητα 300.000 χιλιομέτρων ανά δευτερόλεπτο, εάν ένα αντικείμενο απέχει 5 μέτρα από εσάς, η χρονική διαφορά μεταξύ του φωτός που αφήνει την κάμερα και την επιστροφή είναι περίπου 33 νανοδευτερόλεπτα, η οποία είναι μόνο ισοδύναμη με 0,000000033 δευτερόλεπτα! Εκπληκτική επιτυχία! Για να μην αναφέρουμε, τα δεδομένα που έχουν καταγραφεί θα σας δώσουν μια ακριβή ψηφιακή αναπαράσταση 3D για κάθε εικονοστοιχείο στην εικόνα.

Ανεξάρτητα από την αρχή που χρησιμοποιείται, παρέχοντας μια πηγή φωτός που φωτίζει ολόκληρη τη σκηνή επιτρέπει στον αισθητήρα να καθορίσει το βάθος όλων των σημείων. Ένα τέτοιο αποτέλεσμα σας δίνει έναν χάρτη απόστασης όπου κάθε εικονοστοιχείο κωδικοποιεί την απόσταση από το αντίστοιχο σημείο της σκηνής. Το παρακάτω είναι ένα παράδειγμα γραφήματος Range TOF:

Ένα παράδειγμα γραφήματος φάσματος TOF

Τώρα που γνωρίζουμε ότι το TOF λειτουργεί, γιατί είναι καλό; Γιατί να το χρησιμοποιήσετε; Για τι είναι καλό; Μην ανησυχείτε, υπάρχουν πολλά πλεονεκτήματα στη χρήση ενός αισθητήρα TOF, αλλά φυσικά υπάρχουν ορισμένοι περιορισμοί.

3. Τα οφέλη από τη χρήση αισθητήρων χρόνου πτήσης

Ακριβής και γρήγορη μέτρηση

Σε σύγκριση με άλλους αισθητήρες απόστασης όπως υπερήχους ή λέιζερ, οι αισθητήρες χρόνου πτήσης είναι σε θέση να συνθέσουν μια 3D εικόνα μιας σκηνής πολύ γρήγορα. Για παράδειγμα, μια κάμερα TOF μπορεί να το κάνει μόνο μία φορά. Όχι μόνο αυτό, ο αισθητήρας TOF είναι σε θέση να ανιχνεύει με ακρίβεια αντικείμενα σε σύντομο χρονικό διάστημα και δεν επηρεάζεται από την υγρασία, την πίεση του αέρα και τη θερμοκρασία, καθιστώντας την κατάλληλη τόσο για εσωτερική όσο και για υπαίθρια χρήση.

μεγάλων αποστάσεων

Δεδομένου ότι οι αισθητήρες TOF χρησιμοποιούν λέιζερ, είναι επίσης σε θέση να μετρήσουν μεγάλες αποστάσεις και σειρές με υψηλή ακρίβεια. Οι αισθητήρες TOF είναι ευέλικτοι επειδή είναι σε θέση να ανιχνεύσουν κοντά και μακριά αντικείμενα όλων των σχημάτων και μεγεθών.

Είναι επίσης ευέλικτο με την έννοια ότι είστε σε θέση να προσαρμόσετε την οπτική του συστήματος για βέλτιστη απόδοση, όπου μπορείτε να επιλέξετε τους τύπους πομπού και δέκτη και φακούς για να αποκτήσετε το επιθυμητό οπτικό πεδίο.

Ασφάλεια

Ανησυχεί ότι το λέιζερ από τοToFΟ αισθητήρας θα βλάψει τα μάτια σας; Μην ανησυχείτε! Πολλοί αισθητήρες TOF χρησιμοποιούν τώρα ένα υπερύθριο λέιζερ χαμηλής ισχύος ως πηγή φωτός και το οδηγούν με διαμορφωμένους παλμούς. Ο αισθητήρας πληροί τα πρότυπα ασφάλειας λέιζερ κατηγορίας 1 για να εξασφαλίσει ότι είναι ασφαλές για το ανθρώπινο μάτι.

αποδοτικός

Σε σύγκριση με άλλες τεχνολογίες σάρωσης εμβέλειας βάθους 3D, όπως δομημένα συστήματα φωτισμού ή συστήματα φυματίωσης λέιζερ, οι αισθητήρες TOF είναι πολύ φθηνότερο σε σύγκριση με αυτά.

Παρά τους περιορισμούς, το TOF εξακολουθεί να είναι πολύ αξιόπιστο και μια πολύ γρήγορη μέθοδος καταγραφής 3D πληροφοριών.

4. Περιορισμοί του TOF

Αν και το TOF έχει πολλά οφέλη, έχει επίσης περιορισμούς. Μερικοί από τους περιορισμούς του TOF περιλαμβάνουν:

• Διάσπαρτος

Εάν οι πολύ φωτεινές επιφάνειες είναι πολύ κοντά στον αισθητήρα TOF σας, μπορεί να διασκορπιστούν πάρα πολύ φως στον δέκτη σας και να δημιουργούν αντικείμενα και ανεπιθύμητες αντανακλάσεις, αφού ο αισθητήρας TOF πρέπει να αντικατοπτρίζει μόνο το φως μόλις είναι έτοιμη η μέτρηση.

• Πολλαπλές αντανακλάσεις

Όταν χρησιμοποιούν αισθητήρες TOF σε γωνίες και κοίλες σχήματα, μπορούν να προκαλέσουν ανεπιθύμητες αντανακλάσεις, καθώς το φως μπορεί να αναπηδήσει πολλές φορές, παραμορφώνοντας τη μέτρηση.

• Φώτος περιβάλλοντος

Η χρήση της κάμερας TOF σε εξωτερικούς χώρους σε φωτεινό φως του ήλιου μπορεί να κάνει τη χρήση υπαίθρια χρήση δύσκολη. Αυτό οφείλεται στην υψηλή ένταση του ηλιακού φωτός που προκαλεί γρήγορα τα εικονοστοιχεία του αισθητήρα, καθιστώντας αδύνατη την ανίχνευση του πραγματικού φωτός που αντανακλάται από το αντικείμενο.

• Το συμπέρασμα

Αισθητήρες TOF καιΦακός TOFΜπορεί να χρησιμοποιηθεί σε μια ποικιλία εφαρμογών. Από την 3D χαρτογράφηση, τη βιομηχανική αυτοματοποίηση, την ανίχνευση εμποδίων, τα αυτοκίνητα αυτο-οδήγησης, τη γεωργία, τη ρομποτική, την εσωτερική πλοήγηση, την αναγνώριση χειρονομίας, τη σάρωση αντικειμένων, τις μετρήσεις, την επιτήρηση στην ενισχυμένη πραγματικότητα! Οι εφαρμογές της τεχνολογίας TOF είναι ατελείωτες.

Μπορείτε να επικοινωνήσετε μαζί μας για τυχόν ανάγκες των φακών TOF.

Το Chuang a Optoelectronics επικεντρώνεται στους οπτικούς φακούς υψηλής ευκρίνειας για να δημιουργήσουν μια τέλεια οπτική μάρκα

Το Chuang a Optoelectronics έχει πλέον παραγάγει μια ποικιλίαΦακοί TOFόπως:

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