1. Mikä on lentoaika-anturi (ToF)?

Mikä on lentoaikakamera? Onko se kamera, joka tallentaa koneen lennon? Onko sillä jotain tekemistä lentokoneiden tai lentokoneiden kanssa? No, se on itse asiassa kaukana!

ToF on ajan mitta, jonka esine, hiukkanen tai aalto kulkee matkan. Tiesitkö, että lepakoiden luotainjärjestelmä toimii? Lentoaikajärjestelmä on samanlainen!

Lentoaika-antureita on monenlaisia, mutta useimmat ovat lentoaikakameroita ja laserskannereita, jotka käyttävät lidar-tekniikkaa (light detection and rangering) mittaamaan kuvan eri pisteiden syvyyttä valaistamalla sitä. infrapunavalolla.

ToF-antureilla luotu ja kaapattu data on erittäin hyödyllistä, koska se voi tarjota jalankulkijoiden havaitsemisen, kasvojen piirteisiin perustuvan käyttäjän todennuksen, ympäristön kartoituksen SLAM-algoritmeilla (samanaikainen lokalisointi ja kartoitus) ja paljon muuta.

Tätä järjestelmää käytetään itse asiassa laajalti roboteissa, itseajavissa autoissa ja jopa nyt mobiililaitteessasi. Jos käytät esimerkiksi Huawei P30 Prota, Oppo RX17 Prota, LG G8 ThinQ:ta jne., puhelimessasi on ToF-kamera!

ToF-kamera

2. Miten lentoaika-anturi toimii?

Haluamme nyt antaa lyhyen esittelyn siitä, mitä lentoaika-anturi on ja miten se toimii.

ToFanturit käyttävät pieniä lasereita lähettämään infrapunavaloa, jolloin tuloksena oleva valo pomppii mistä tahansa kohteesta ja palaa anturiin. Anturi voi mitata kohteen ja anturin välisen etäisyyden perustuen aikaeroon valon emissio ja paluu anturiin sen heijastumisen jälkeen.

Tänään tutkimme kahta tapaa, kuinka ToF käyttää matka-aikaa etäisyyden ja syvyyden määrittämiseen: käyttämällä ajoituspulsseja ja käyttämällä amplitudimoduloitujen aaltojen vaihesiirtoa.

Käytä ajoitettuja pulsseja

Se toimii esimerkiksi valaisemalla kohde laserilla, mittaamalla sitten heijastuneen valon skannerilla ja käyttämällä sitten valonnopeutta kohteen etäisyyden ekstrapoloimiseksi kuljetun matkan tarkan laskemiseksi. Lisäksi laserin paluuajan ja aallonpituuden eroa käytetään sitten tarkan digitaalisen 3D-esityksen ja kohteen pinnan ominaisuuksien luomiseen sekä sen yksittäisten piirteiden visuaaliseen kartoittamiseen.

Kuten yllä näkyy, laservalo laukeaa ja kimpoaa sitten kohteesta takaisin anturiin. Laserin paluuajan avulla ToF-kamerat pystyvät mittaamaan tarkkoja etäisyyksiä lyhyessä ajassa valon kulkunopeuden vuoksi. (ToF muuntaa etäisyydeksi) Tämä on kaava, jota analyytikko käyttää saadakseen kohteen tarkan etäisyyden:

(valon nopeus x lentoaika) / 2

ToF muuntaa etäisyydeksi

Kuten näette, ajastin käynnistyy, kun valo on sammunut, ja kun vastaanotin vastaanottaa paluuvalon, ajastin palauttaa ajan. Kun vähennetään kahdesti, saadaan valon "lentoaika" ja valon nopeus on vakio, joten etäisyys voidaan helposti laskea yllä olevan kaavan avulla. Tällä tavalla voidaan määrittää kaikki kohteen pinnalla olevat pisteet.

Käytä AM-aallon vaihesiirtoa

Seuraavaksi,ToFvoi myös käyttää jatkuvia aaltoja havaitsemaan heijastuneen valon vaihesiirron määrittääkseen syvyyden ja etäisyyden.

Vaiheensiirto AM-aallon avulla

Moduloimalla amplitudia se luo sinimuotoisen valonlähteen tunnetulla taajuudella, jolloin ilmaisin voi määrittää heijastuneen valon vaihesiirron seuraavan kaavan avulla:

missä c on valon nopeus (c = 3 × 10^8 m/s), λ on aallonpituus (λ = 15 m) ja f on taajuus, jokainen anturin piste voidaan helposti laskea syvyydessä.

Kaikki nämä asiat tapahtuvat hyvin nopeasti, kun työskentelemme valonnopeudella. Voitko kuvitella, millä tarkkuudella ja nopeudella anturit pystyvät mittaamaan? Annan esimerkin, valo kulkee nopeudella 300 000 kilometriä sekunnissa, jos esine on 5 metrin päässä sinusta, aikaero kamerasta lähtevän valon ja palaavan valon välillä on noin 33 nanosekuntia, mikä vastaa vain 0,000000033 sekuntia! Vau! Puhumattakaan, kaapatut tiedot antavat sinulle tarkan 3D-digitaalisen esityksen jokaisesta kuvan pikselistä.

Riippumatta käytetystä periaatteesta, koko kohtauksen valaisevan valonlähteen avulla anturi voi määrittää kaikkien pisteiden syvyyden. Tällainen tulos antaa sinulle etäisyyskartan, jossa jokainen pikseli koodaa etäisyyden vastaavaan kohtauksen pisteeseen. Seuraavassa on esimerkki ToF-aluekaaviosta:

Esimerkki ToF-aluekaaviosta

Nyt kun tiedämme, että ToF toimii, miksi se on hyvä? Miksi käyttää sitä? Mihin ne ovat hyviä? Älä huoli, ToF-anturin käyttämisessä on monia etuja, mutta tietysti on joitain rajoituksia.

3. Lentoaika-anturien käytön edut

Tarkka ja nopea mittaus

Verrattuna muihin etäisyysantureisiin, kuten ultraääneen tai lasereihin, lentoaika-anturit pystyvät muodostamaan 3D-kuvan kohtauksesta erittäin nopeasti. Esimerkiksi ToF-kamera voi tehdä tämän vain kerran. Sen lisäksi, että ToF-anturi pystyy havaitsemaan kohteet tarkasti lyhyessä ajassa, eikä kosteus, ilmanpaine ja lämpötila vaikuta siihen, joten se sopii sekä sisä- että ulkokäyttöön.

pitkän matkan

Koska ToF-anturit käyttävät lasereita, ne pystyvät myös mittaamaan pitkiä matkoja ja kantamia suurella tarkkuudella. ToF-anturit ovat joustavia, koska ne pystyvät havaitsemaan kaikenmuotoisia ja -kokoisia lähellä ja kaukana olevia kohteita.

Se on myös joustava siinä mielessä, että voit mukauttaa järjestelmän optiikkaa optimaalista suorituskykyä varten, jolloin voit valita lähetin- ja vastaanotintyypit ja linssit halutun näkökentän saamiseksi.

Turvallisuus

Huolissaan siitä, että laserToFvahingoittaako anturi silmiäsi? älä huoli! Monet ToF-anturit käyttävät nyt valonlähteenä pienitehoista infrapunalaseria ja käyttävät sitä moduloiduilla pulsseilla. Anturi täyttää luokan 1 laserturvallisuusstandardit varmistaakseen, että se on turvallinen ihmissilmälle.

kustannustehokas

Verrattuna muihin 3D-syvyysalueen skannaustekniikoihin, kuten strukturoituihin valokamerajärjestelmiin tai laseretäisyysmittauksiin, ToF-anturit ovat niihin verrattuna paljon halvempia.

Kaikista näistä rajoituksista huolimatta ToF on edelleen erittäin luotettava ja erittäin nopea menetelmä 3D-tietojen kaappaamiseen.

4. ToF:n rajoitukset

Vaikka ToF:llä on monia etuja, sillä on myös rajoituksia. Joitakin ToF:n rajoituksia ovat:

• Hajavalo

Jos erittäin kirkkaat pinnat ovat hyvin lähellä ToF-anturia, ne voivat siroittaa liikaa valoa vastaanottimeen ja aiheuttaa artefakteja ja ei-toivottuja heijastuksia, koska ToF-anturin on heijastettava valoa vasta, kun mittaus on valmis.

• Useita heijastuksia

Käytettäessä ToF-antureita kulmissa ja koverissa muodoissa ne voivat aiheuttaa ei-toivottuja heijastuksia, koska valo voi pomppia pois useita kertoja ja vääristää mittausta.

• Ympäristön valo

ToF-kameran käyttäminen ulkona kirkkaassa auringonpaisteessa voi vaikeuttaa ulkokäyttöä. Tämä johtuu auringonvalon suuresta intensiteetistä, joka saa sensorin pikselit kyllästymään nopeasti, mikä tekee mahdottomaksi havaita todellista kohteesta heijastuvaa valoa.

• Johtopäätös

ToF-anturit jaToF-objektiivivoidaan käyttää erilaisissa sovelluksissa. 3D-kartoinnista, teollisuusautomaatiosta, esteiden havaitsemisesta, itse ajavista autoista, maataloudesta, robotiikasta, sisänavigaatiosta, eleiden tunnistamisesta, objektien skannauksesta, mittauksista, valvonnasta lisättyyn todellisuuteen! ToF-tekniikan sovelluksia on loputtomasti.

Voit ottaa meihin yhteyttä kaikissa ToF-objektiivien tarpeissa.

Chuang An Optoelectronics keskittyy teräväpiirtooptisiin linsseihin luodakseen täydellisen visuaalisen tuotemerkin

Chuang An Optoelectronics on nyt tuottanut erilaisiaTOF linssitkuten:

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