1. Mis on lennuajaandur (ToF)?

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

Lennuaja mõõt on aeg, mis kulub objektil, osakesel või lainel teatud vahemaa läbimiseks. Kas teadsite, et nahkhiire sonarisüsteem töötab? Lennuaja süsteem on sarnane!

Lennuajaandureid on mitut tüüpi, kuid enamik neist on lennuajakaamerad ja laserskannerid, mis kasutavad lidar-tehnoloogiat (valguse tuvastamine ja kauguse mõõtmine), et mõõta pildi erinevate punktide sügavust, suunates seda infrapunavalgusega.

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

Seda süsteemi kasutatakse tegelikult laialdaselt robotites, isejuhtivates autodes ja isegi nüüd teie mobiilseadmetes. 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 anda lühikese sissejuhatuse sellesse, mis on lennuajaandur ja kuidas see töötab.

ToFAndurid kasutavad infrapunavalguse kiirgamiseks pisikesi lasereid, mille tulemuseks olev valgus peegeldub objektilt tagasi ja naaseb andurisse. Andur saab mõõta objekti ja anduri vahelist kaugust, lähtudes valguse kiirgumise ja andurisse naasmise vahelisest ajast pärast objektilt peegeldumist.

Täna uurime kahte viisi, kuidas ToF kasutab vahemaa ja sügavuse määramiseks läbimisaega: ajastusimpulsside abil ja amplituudmoduleeritud lainete faasinihke abil.

Kasutage ajastatud impulsse

Näiteks see toimib nii, et sihtmärki valgustatakse laseriga, seejärel mõõdetakse peegeldunud valgust skanneriga ja seejärel kasutatakse valguse kiirust objekti kauguse ekstrapoleerimiseks, et täpselt arvutada läbitud vahemaad. Lisaks kasutatakse laserkiire tagasituleku aja ja lainepikkuse erinevust sihtmärgi täpse digitaalse 3D-kujutise ja pinnaomaduste loomiseks ning selle üksikute omaduste visuaalseks kaardistamiseks.

Nagu ülalpool näha, lastakse laserkiir välja ja peegeldub seejärel objektilt tagasi andurile. Tänu laserkiire tagasitulekuajale suudavad ToF-kaamerad valguse levimiskiiruse juures lühikese aja jooksul täpselt vahemaid mõõta. (ToF teisendatakse vahemaaks) See on valem, mida analüütik kasutab objekti täpse kauguse määramiseks:

(valguse kiirus x lennuaeg) / 2

ToF teisendab vahemaaks

Nagu näete, käivitub taimer, kui tuli on kustunud, ja kui vastuvõtja saab tagasituleva valguse, tagastab taimer aja. Kahekordse lahutamise korral saadakse valguse "lennuaeg" ja valguse kiirus on konstantne, seega saab kaugust ülaltoodud valemi abil hõlpsalt arvutada. Sel viisil saab määrata kõik objekti pinnal olevad punktid.

Kasutage AM-laine faasinihet

JärgmisenaToFsaab peegeldunud valguse faasinihke tuvastamiseks kasutada ka pidevaid laineid, et määrata sügavust ja kaugust.

Faasinihe AM-laine abil

Amplituudi moduleerimise teel loob see teadaoleva sagedusega sinusoidaalse valgusallika, mis võimaldab detektoril määrata peegeldunud valguse faasinihet 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 sügavuse osas hõlpsalt arvutada.

Kõik need asjad toimuvad väga kiiresti, kuna me töötame valguse kiirusel. Kas te suudate ette kujutada, millise täpsuse ja kiirusega andurid suudavad mõõta? Lubage mul tuua näiteks: valgus liigub kiirusega 300 000 kilomeetrit sekundis. Kui objekt asub teist 5 meetri kaugusel, on kaamerast väljuva ja tagasi tuleva valguse ajavahe umbes 33 nanosekundit, mis on vaid 0,000000033 sekundit! Vau! Rääkimata sellest, et jäädvustatud andmed annavad teile pildi iga piksli kohta täpse 3D-digitaalse esituse.

Olenemata kasutatavast põhimõttest, võimaldab kogu stseeni valgustav valgusallikas anduril määrata kõigi punktide sügavuse. Selline tulemus annab teile kaugusekaardi, kus iga piksel kodeerib kaugust vastava punktini stseenis. Järgnev on näide ToF-vahemiku graafikust:

ToF-vahemiku graafiku näide

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

3. Lennuajaandurite kasutamise eelised

Täpne ja kiire mõõtmine

Võrreldes teiste kauguseanduritega, näiteks ultraheli või laseritega, suudavad lennuajaandurid luua stseenist väga kiiresti 3D-pildi. Näiteks ToF-kaamera saab seda teha ainult üks kord. Lisaks suudab ToF-andur objekte lühikese aja jooksul täpselt tuvastada ning seda ei mõjuta niiskus, õhurõhk ega temperatuur, mistõttu sobib see nii sise- kui ka välistingimustes kasutamiseks.

pikamaa

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

See on ka paindlik selles mõttes, et saate süsteemi optikat optimaalse jõudluse saavutamiseks kohandada, valides saatja ja vastuvõtja tüübid ning läätsed soovitud vaatevälja saamiseks.

Ohutus

Muretseb, et laserToFKas andur teeb teie silmi haiget? Ärge muretsege! Paljud ToF-andurid kasutavad nüüd valgusallikana väikese võimsusega infrapunalaserit ja juhivad seda moduleeritud impulssidega. Andur vastab 1. klassi laseriohutuse standarditele, et tagada selle ohutus inimsilmale.

kulutõhus

Võrreldes teiste 3D-sügavusvahemiku skaneerimise tehnoloogiatega, nagu struktureeritud valguskaamerasüsteemid või laserkaugusmõõtjad, on ToF-andurid palju odavamad.

Vaatamata kõigile neile piirangutele on ToF siiski 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 on järgmised:

• Hajutatud valgus

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

• Mitmed peegeldused

ToF-andurite kasutamisel nurkadel ja nõgusatel kujunditel võivad need põhjustada soovimatuid peegeldusi, kuna valgus võib mitu korda tagasi põrgata, moonutades mõõtmist.

• Ümbritsev valgus

ToF-kaamera kasutamine õues eredas päikesevalguses võib muuta selle kasutamise keeruliseks. Selle põhjuseks on päikesevalguse suur intensiivsus, mis põhjustab sensori pikslite kiire küllastumist, muutes objektilt peegelduva valguse tuvastamise võimatuks.

• Järeldus

ToF-andurid jaToF-objektiivsaab kasutada mitmesugustes rakendustes. Alates 3D-kaardistamisest, tööstusautomaatikast, takistuste tuvastamisest, isejuhtivatest autodest, põllumajandusest, robootikast, siseruumides navigeerimisest, žestide tuvastamisest, objektide skaneerimisest, mõõtmistest, jälgimisest kuni liitreaalsuseni! ToF-tehnoloogia rakendused on lõputud.

ToF-läätsede vajaduste korral võite meiega ühendust võtta.

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

Chuang An Optoelectronics on nüüd tootnud mitmesuguseidTOF-läätsednäiteks:

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