1. سنسور زمان پرواز (TOF) چیست؟

دوربین زمان پرواز چیست؟ آیا این دوربین است که پرواز هواپیما را ضبط می کند؟ آیا ارتباطی با هواپیماها یا هواپیماها دارد؟ خوب ، در واقع راه طولانی است!

TOF اندازه گیری زمانی است که برای یک شیء ، ذرات یا موج طول می کشد تا مسافتی را طی کند. آیا می دانید سیستم سونار خفاش کار می کند؟ سیستم زمان پرواز مشابه است!

انواع بسیاری از سنسورهای زمان پرواز وجود دارد ، اما بیشتر آنها دوربین های پرواز و اسکنرهای لیزری هستند که از فناوری به نام Lidar (تشخیص نور و اعم از نور) استفاده می کنند تا عمق نقاط مختلف را در یک تصویر با درخشش آن اندازه گیری کنند. با نور مادون قرمز

داده های تولید شده و ضبط شده با استفاده از سنسورهای TOF بسیار مفید است زیرا می تواند تشخیص عابر پیاده ، احراز هویت کاربر را بر اساس ویژگی های صورت ، نقشه برداری محیط با استفاده از الگوریتم های SLAM (محلی سازی و نقشه برداری همزمان) و موارد دیگر فراهم کند.

این سیستم در واقع در روبات ها ، اتومبیل های خودران و حتی اکنون دستگاه تلفن همراه شما مورد استفاده قرار می گیرد. به عنوان مثال ، اگر از Huawei P30 Pro ، Oppo RX17 Pro ، LG G8 ThinQ و غیره استفاده می کنید ، تلفن شما دارای دوربین TOF است!

یک دوربین TOF

2. سنسور زمان پرواز چگونه کار می کند؟

اکنون ، ما می خواهیم معرفی مختصری از سنسور زمان پرواز و نحوه عملکرد آن را ارائه دهیم.

توتسنسورها از لیزرهای ریز برای انتشار نور مادون قرمز استفاده می کنند ، جایی که نور حاصل از هر شیء از آن خارج می شود و به سنسور باز می گردد. بر اساس تفاوت زمانی بین انتشار نور و بازگشت به سنسور پس از منعکس شدن توسط جسم ، سنسور می تواند فاصله بین جسم و سنسور را اندازه گیری کند.

امروز ، ما 2 راه را بررسی خواهیم کرد که چگونه TOF از زمان سفر برای تعیین فاصله و عمق استفاده می کند: استفاده از پالس های زمان بندی و استفاده از تغییر فاز امواج مدوله شده دامنه.

از پالس های به موقع استفاده کنید

به عنوان مثال ، با روشنایی یک هدف با لیزر ، سپس اندازه گیری نور منعکس شده با یک اسکنر ، و سپس با استفاده از سرعت نور برای بیرون کشیدن فاصله شیء برای محاسبه دقیق مسافت طی شده کار می کند. علاوه بر این ، از تفاوت در زمان بازگشت لیزر و طول موج برای ایجاد یک نمایش دقیق سه بعدی دیجیتال و ویژگی های سطح هدف استفاده می شود و از لحاظ بصری ویژگی های فردی آن را ترسیم می کند.

همانطور که در بالا مشاهده می کنید ، نور لیزر به بیرون شلیک می شود و سپس شیء را به سنسور برگردانید. با زمان بازگشت لیزر ، دوربین های TOF با توجه به سرعت سفر سبک ، می توانند مسافت های دقیق را در یک بازه زمانی کوتاه اندازه گیری کنند. (TOF به فاصله تبدیل می شود) این فرمولی است که یک تحلیلگر برای رسیدن به فاصله دقیق یک شی از آن استفاده می کند:

(سرعت نور x زمان پرواز) / 2

TOF به فاصله تبدیل می شود

همانطور که مشاهده می کنید ، تایمر در حالی که چراغ خاموش است شروع می شود و وقتی گیرنده چراغ بازگشت را دریافت می کند ، تایمر زمان را برمی گرداند. هنگام تفریق دو بار ، "زمان پرواز" نور به دست می آید و سرعت نور ثابت است ، بنابراین با استفاده از فرمول بالا می توان فاصله را به راحتی محاسبه کرد. به این ترتیب می توان تمام نقاط موجود در سطح جسم را تعیین کرد.

از تغییر فاز موج AM استفاده کنید

بعد ،توتهمچنین می تواند از امواج مداوم برای تشخیص تغییر فاز نور منعکس شده برای تعیین عمق و فاصله استفاده کند.

تغییر فاز با استفاده از موج AM

با تعدیل دامنه ، یک منبع نور سینوسی با فرکانس شناخته شده ایجاد می کند و به ردیاب اجازه می دهد تا با استفاده از فرمول زیر ، تغییر فاز نور منعکس شده را تعیین کند:

در جایی که C سرعت نور (C = 3 × 10^8 متر بر ثانیه) است ، λ طول موج (λ = 15 متر) است ، و F فرکانس است ، هر نقطه روی سنسور می تواند به راحتی در عمق محاسبه شود.

همه این موارد بسیار سریع اتفاق می افتد که ما با سرعت نور کار می کنیم. آیا می توانید دقت و سرعتی را که سنسورها قادر به اندازه گیری هستند تصور کنید؟ بگذارید مثالی را بیان کنم ، نور با سرعت 300000 کیلومتر در ثانیه سفر می کند ، اگر یک جسم 5 متر از شما فاصله داشته باشد ، تفاوت زمانی بین نور ترک دوربین و بازگشت حدود 33 نانو ثانیه است که فقط معادل 0.000000033 ثانیه است! وای ناگفته نماند ، داده های ضبط شده برای هر پیکسل موجود در تصویر ، نمایش دقیق دیجیتالی سه بعدی را به شما می دهد.

صرف نظر از اصل مورد استفاده ، تهیه یک منبع نوری که کل صحنه را روشن می کند ، به سنسور اجازه می دهد تا عمق همه نقاط را تعیین کند. چنین نتیجه ای نقشه مسافتی را به شما می دهد که در آن هر پیکسل فاصله را به نقطه مربوطه در صحنه رمزگذاری می کند. در زیر نمونه ای از نمودار دامنه TOF است:

نمونه ای از نمودار محدوده TOF

حالا که می دانیم TOF کار می کند ، چرا خوب است؟ چرا از آن استفاده می کنیم؟ آنها برای چه چیزی خوب هستند؟ نگران نباشید ، استفاده از سنسور TOF مزایای بسیاری وجود دارد ، اما مطمئناً محدودیت هایی وجود دارد.

3. مزایای استفاده از سنسورهای زمان پرواز

اندازه گیری دقیق و سریع

در مقایسه با سنسورهای مسافت دیگر مانند سونوگرافی یا لیزر ، سنسورهای زمان پرواز قادر به تهیه یک تصویر سه بعدی از یک صحنه خیلی سریع هستند. به عنوان مثال ، یک دوربین TOF فقط یک بار می تواند این کار را انجام دهد. نه تنها این ، سنسور TOF قادر است در مدت زمان کوتاهی اشیاء را به طور دقیق تشخیص دهد و تحت تأثیر رطوبت ، فشار هوا و دما قرار نمی گیرد و آن را برای استفاده داخلی و خارجی مناسب می کند.

از راه دور

از آنجا که سنسورهای TOF از لیزر استفاده می کنند ، آنها همچنین قادر به اندازه گیری مسافت های طولانی و محدوده با دقت بالا هستند. سنسورهای TOF انعطاف پذیر هستند زیرا قادر به تشخیص اشیاء نزدیک و دور از همه شکل ها و اندازه ها هستند.

همچنین به این معنا انعطاف پذیر است که شما می توانید اپتیک سیستم را برای عملکرد بهینه سفارشی کنید ، جایی که می توانید انواع و لنزهای فرستنده و گیرنده را انتخاب کنید تا از دیدگاه مورد نظر استفاده کنید.

امنیت

نگران این است که لیزر ازتوتسنسور به چشمان شما آسیب می رساند؟ نگران نباشید! بسیاری از سنسورهای TOF اکنون از لیزر مادون قرمز کم قدرت به عنوان منبع نور استفاده می کنند و آن را با پالس های مدوله شده هدایت می کنند. این سنسور مطابق با استانداردهای ایمنی لیزر کلاس 1 برای اطمینان از بی خطر بودن چشم انسان است.

مقرون به صرفه

در مقایسه با سایر فن آوری های اسکن عمق سه بعدی مانند سیستم های دوربین نور ساخت یافته یا دامنه های لیزر ، سنسورهای TOF در مقایسه با آنها بسیار ارزان تر هستند.

با وجود همه این محدودیت ها ، TOF هنوز هم بسیار قابل اعتماد و یک روش بسیار سریع برای گرفتن اطلاعات سه بعدی است.

4. محدودیت های TOF

اگرچه TOF فواید زیادی دارد ، اما محدودیت هایی نیز دارد. برخی از محدودیت های TOF شامل موارد زیر است:

• نور پراکنده

اگر سطوح بسیار روشن به سنسور TOF شما بسیار نزدیک است ، ممکن است بیش از حد نور را در گیرنده شما پراکنده کند و مصنوعات و بازتاب های ناخواسته ایجاد کند ، زیرا سنسور TOF شما فقط باید پس از آماده سازی اندازه گیری ، نور را منعکس کند.

• بازتاب های چندگانه

هنگام استفاده از سنسورهای TOF در گوشه ها و اشکال مقعر ، آنها می توانند بازتاب های ناخواسته ایجاد کنند ، زیرا نور می تواند چندین بار از بین برود و اندازه گیری را تحریف کند.

• نور محیط

استفاده از دوربین TOF در فضای باز در نور خورشید روشن می تواند استفاده در فضای باز را دشوار کند. این به دلیل شدت بالای نور خورشید است که باعث می شود پیکسل های سنسور به سرعت اشباع شوند ، تشخیص نور واقعی منعکس شده از جسم غیرممکن است.

• نتیجه گیری

سنسورهای توف ولنزمی توان در انواع برنامه ها استفاده کرد. از نقشه برداری سه بعدی ، اتوماسیون صنعتی ، تشخیص مانع ، خودروهای خودران ، کشاورزی ، روباتیک ، ناوبری داخلی ، تشخیص ژست ، اسکن شی ، اندازه گیری ها ، نظارت به واقعیت افزوده! کاربردهای فناوری TOF بی پایان است.

برای هرگونه نیاز لنزهای TOF می توانید با ما تماس بگیرید.

chuang an optoelectronic بر روی لنزهای نوری با کیفیت بالا تمرکز دارد تا یک برند بصری کامل ایجاد کند

chuang an optoelectronic اکنون انواع مختلفی از آن را تولید کرده استلنزهای توفمانند:

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