1. Mis on lennuaja (ToF) andur?

Mis on lennuaja kaamera? Kas see kaamera, mis lennuki lendu jäädvustab? Kas sellel on midagi pistmist lennukite või lennukitega? Noh, see on tegelikult väga kaugel!

ToF on aja mõõt, mis kulub objektil, osakesel või lainel vahemaa läbimiseks. Kas teadsite, et nahkhiirte sonarisüsteem töötab? Lennuaja süsteem on sarnane!

Lennuajaandureid on palju, kuid enamik neist on lennuaja kaamerad ja laserskannerid, mis kasutavad lidariks (valguse tuvastamiseks ja ulatuse määramiseks) kutsutavat tehnoloogiat, et mõõta pildi erinevate punktide sügavust, valgustades seda. infrapunavalgusega.

ToF-andurite abil genereeritud ja jäädvustatud andmed on väga kasulikud, kuna need võivad pakkuda jalakäijate tuvastamist, kasutaja autentimist näojoonte alusel, keskkonna kaardistamist SLAM-i (samaaegse lokaliseerimise ja kaardistamise) algoritmide abil ja palju muud.

Seda süsteemi kasutatakse tegelikult laialdaselt robotites, isejuhtivates autodes ja isegi praegu teie mobiilseadmes. Näiteks kui kasutate Huawei P30 Pro, Oppo RX17 Pro, LG G8 ThinQ jne, on teie telefonil ToF kaamera!

ToF kaamera

2. Kuidas lennuaja andur töötab?

Nüüd tahaksime lühidalt tutvustada, mis on lennuaja andur ja kuidas see töötab.

ToFandurid kasutavad infrapunavalguse kiirgamiseks pisikesi lasereid, kus tekkiv valgus põrkab tagasi mis tahes objektilt ja naaseb andurisse. Lähtudes ajavahest valguse emissiooni ja andurisse tagasipeegelduse vahel pärast objekti peegeldumist, saab andur mõõta kaugust objekti ja anduri vahel.

Täna uurime kahte võimalust, kuidas ToF kasutab reisiaega kauguse ja sügavuse määramiseks: ajastusimpulsside ja amplituudiga moduleeritud lainete faasinihke abil.

Kasutage ajastatud impulsse

Näiteks valgustab see sihtmärki laseriga, seejärel mõõdab peegeldunud valgust skanneriga ja seejärel kasutab valguse kiirust objekti kauguse ekstrapoleerimiseks, et täpselt arvutada läbitud vahemaa. Lisaks kasutatakse laseri tagasipöördumisaja ja lainepikkuse erinevust sihtmärgi täpse digitaalse 3D esituse ja pinnaomaduste koostamiseks ning selle individuaalsete omaduste visuaalseks kaardistamiseks.

Nagu ülalt näha, lastakse laservalgus välja ja põrkab seejärel objektilt tagasi andurile. Laseri tagasipöördumisajaga suudavad ToF-kaamerad valguse liikumiskiirust arvestades lühikese aja jooksul mõõta täpseid vahemaid. (ToF teisendab kauguseks) See on valem, mida analüütik kasutab objekti täpse kauguse leidmiseks:

(valguse kiirus x lennuaeg) / 2

ToF teisendab vahemaaks

Nagu näete, käivitub taimer, kui tuli on kustunud, ja kui vastuvõtja saab tagasitulemise, tagastab taimer kellaaja. Kaks korda lahutades saadakse valguse "lennuaeg" ja valguse kiirus on konstantne, nii et kaugust saab ülaltoodud valemi abil hõlpsasti arvutada. Nii saab määrata kõik punktid objekti pinnal.

Kasutage AM-laine faasinihet

Järgmiseks,ToFvõib kasutada ka pidevaid laineid peegeldunud valguse faasinihke tuvastamiseks, et määrata sügavus ja kaugus.

Faasi nihe AM laine abil

Moduleerides amplituudi, loob see teadaoleva sagedusega sinusoidse valgusallika, mis võimaldab detektoril määrata peegeldunud valguse faasinihke järgmise valemi abil:

kus c on valguse kiirus (c = 3 × 10^8 m/s), λ on lainepikkus (λ = 15 m) ja f on sagedus, saab anduri iga punkti sügavust kergesti arvutada.

Kõik need asjad juhtuvad väga kiiresti, kui töötame valguse kiirusel. Kas te kujutate ette, kui täpsust ja kiirust suudavad andurid mõõta? Toon näite, valgus liigub kiirusega 300 000 kilomeetrit sekundis, kui objekt on sinust 5m kaugusel, on valguse kaamerast väljumise ja tagasituleku ajavahe ca 33 nanosekundit, mis võrdub vaid 0,000000033 sekundiga! Vau! Rääkimata sellest, et jäädvustatud andmed annavad teile täpse 3D-digitaalse esituse pildi iga piksli kohta.

Olenemata kasutatavast põhimõttest võimaldab kogu stseeni valgustava valgusallika pakkumine anduril määrata kõigi punktide sügavuse. Selline tulemus annab teile kauguskaardi, kus iga piksel kodeerib kauguse stseeni vastava punktini. Järgmine on ToF-i vahemiku graafiku näide:

ToF vahemiku graafiku näide

Nüüd, kui me teame, et ToF töötab, miks see hea on? Miks seda kasutada? Milleks need head on? Ärge muretsege, ToF-anduri kasutamisel on palju eeliseid, kuid loomulikult on mõned piirangud.

3. Lennuajaandurite kasutamise eelised

Täpne ja kiire mõõtmine

Võrreldes teiste kaugusanduritega, nagu ultraheli või laserid, on lennuaja andurid võimelised koostama stseenist 3D-pildi väga kiiresti. Näiteks ToF-kaamera saab seda teha ainult üks kord. Vähe sellest, ToF-andur suudab objekte lühikese aja jooksul täpselt tuvastada ning seda ei mõjuta niiskus, õhurõhk ega temperatuur, mistõttu on see sobilik nii sise- kui ka välistingimustes kasutamiseks.

pikk vahemaa

Kuna ToF andurid kasutavad lasereid, on need võimelised mõõtma ka pikki vahemaid ja vahemikke suure täpsusega. ToF-andurid on paindlikud, kuna suudavad tuvastada igasuguse kuju ja suurusega lähedalasuvaid ja kaugel asuvaid objekte.

Samuti on see paindlik selles mõttes, et saate optimaalseks jõudluseks kohandada süsteemi optikat, kus saate soovitud vaatevälja saamiseks valida saatja ja vastuvõtja tüübid ning objektiivid.

Ohutus

Mures, et laser päritToFkas andur teeb teie silmadele haiget? ära muretse! Paljud ToF-andurid kasutavad nüüd valgusallikana väikese võimsusega infrapunalaserit ja juhivad seda moduleeritud impulssidega. Andur vastab 1. klassi laserohutusstandarditele, et tagada selle ohutus inimsilmale.

tasuv

Võrreldes teiste 3D sügavusvahemiku skaneerimise tehnoloogiatega nagu struktureeritud valguskaamerasüsteemid või laserkaugusmõõturid, on ToF andurid nendega võrreldes palju odavamad.

Vaatamata kõigile neile piirangutele on ToF endiselt väga usaldusväärne ja väga kiire meetod 3D-teabe jäädvustamiseks.

4. ToF-i piirangud

Kuigi ToF-il on palju eeliseid, on sellel ka piiranguid. Mõned ToF-i piirangud hõlmavad järgmist:

• Hajutatud valgus

Kui väga heledad pinnad on teie ToF-andurile väga lähedal, võivad need teie vastuvõtjasse hajutada liiga palju valgust ning tekitada artefakte ja soovimatuid peegeldusi, kuna teie ToF-andur peab valgust peegeldama alles siis, kui mõõtmine on valmis.

• Mitu peegeldust

Kui kasutate ToF-andureid nurkades ja nõgusates vormides, võivad need põhjustada soovimatuid peegeldusi, kuna valgus võib mitu korda tagasi põrgata, moonutades mõõtmist.

• Ümbritsev valgus

ToF-kaamera kasutamine õues ereda päikesevalguse käes võib muuta väljas kasutamise keeruliseks. See on tingitud päikesevalguse suurest intensiivsusest, mis põhjustab anduri pikslite kiiret küllastumist, muutes objektilt peegelduva tegeliku valguse tuvastamise võimatuks.

• Järeldus

ToF andurid jaToF objektiivsaab kasutada mitmesugustes rakendustes. Alates 3D-kaardistusest, tööstusautomaatikast, takistuste tuvastamisest, isesõitvatest autodest, põllumajandusest, robootikast, siseruumides navigeerimisest, žestituvastusest, objektide skannimisest, mõõtmistest, jälgimisest liitreaalsuseni! ToF-tehnoloogia rakendusi on lõputult.

ToF-objektiivide mis tahes vajaduse korral võite meiega ühendust võtta.

Chuang An Optoelectronics keskendub kõrglahutusega optilistele läätsedele, et luua täiuslik visuaalne bränd

Chuang An Optoelectronics on nüüdseks tootnud mitmesuguseidTOF objektiividnäiteks:

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