1. Mikä on lentoaika-anturi (ToF)?

Mikä on lentoaikakamera? Onko se kamera, joka tallentaa lentokoneen lennon? Liittyykö se jotenkin lentokoneisiin vai lentokoneisiin? No, se on itse asiassa aika kaukana!

Lentoaika (ToF) on mitta siitä, kuinka kauan esineellä, hiukkasella tai aallolla kuluu matkan kulkemiseen. Tiesitkö, että lepakon kaikuluotainjärjestelmä toimii? Lentoaikajärjestelmä on samanlainen!

Lentoaika-antureita on monenlaisia, mutta useimmat ovat lentoaikakameroita ja laserskannereita, jotka käyttävät lidar-nimistä tekniikkaa (valon havaitseminen ja etäisyysmittaus) kuvan eri pisteiden syvyyden mittaamiseen suuntaamalla sitä infrapunavalolla.

ToF-antureilla tuotettu ja tallennettu data on erittäin hyödyllistä, koska se voi tarjota jalankulkijoiden tunnistuksen, käyttäjän todennuksen kasvonpiirteiden perusteella, ympäristön kartoituksen SLAM-algoritmien (samanaikainen paikannus ja kartoitus) avulla ja paljon muuta.

Tätä järjestelmää käytetään itse asiassa laajalti roboteissa, itseohjautuvissa autoissa ja jopa nykyään mobiililaitteissasi. Esimerkiksi jos käytät Huawei P30 Prota, Oppo RX17 Prota, LG G8 ThinQ:ta jne., puhelimessasi on ToF-kamera!

ToF-kamera

2. Miten lentoaika-anturi toimii?

Haluaisimme nyt lyhyesti kertoa, mitä lentoaika-anturi on ja miten se toimii.

ToFAnturit käyttävät pieniä lasereita infrapunavalon lähettämiseen, jolloin syntyvä valo heijastuu mistä tahansa esineestä ja palaa anturiin. Anturi voi mitata esineen ja anturin välisen etäisyyden valon lähettämisen ja anturiin palaamisen välisen aikaeron perusteella sen heijastumisen jälkeen.

Tänään tutkimme kahta tapaa, joilla ToF käyttää matka-aikaa etäisyyden ja syvyyden määrittämiseen: ajoituspulssien avulla ja amplitudimoduloitujen aaltojen vaihesiirron avulla.

Käytä ajastettuja pulsseja

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

Kuten yllä näet, lasersäde laukaistaan ​​ja heijastuu sitten kohteesta takaisin anturiin. Laserin paluuajan ansiosta ToF-kamerat pystyvät mittaamaan tarkkoja etäisyyksiä lyhyessä ajassa valon kulkunopeuden perusteella. (ToF muunnetaan etäisyydeksi) Analyytikko käyttää tätä kaavaa kohteen tarkan etäisyyden määrittämiseen:

(valonnopeus x lentoaika) / 2

ToF muuntaa etäisyydeksi

Kuten näet, ajastin käynnistyy valon ollessa sammuneena, ja kun vastaanotin vastaanottaa paluuvalon, ajastin palauttaa ajan. Kun vähennetään kaksi kertaa, saadaan valon "lentoaika" ja valon nopeus on vakio, joten etäisyys voidaan helposti laskea yllä olevan kaavan avulla. Tällä tavoin kaikki kappaleen pinnan pisteet voidaan määrittää.

Käytä AM-aallon vaihesiirtoa

SeuraavaksiToFvoi myös käyttää jatkuvia aaltoja heijastuneen valon vaihesiirron havaitsemiseen syvyyden ja etäisyyden määrittämiseksi.

Vaihesiirto AM-aallon avulla

Moduloimalla amplitudia se luo sinimuotoisen valonlähteen, jolla on tunnettu taajuus, jolloin ilmaisin voi määrittää heijastuneen valon vaihesiirron seuraavan kaavan avulla:

jossa c on valonnopeus (c = 3 × 10^8 m/s), λ on aallonpituus (λ = 15 m) ja f on taajuus, jokainen anturin piste voidaan helposti laskea syvyyssuunnassa.

Kaikki nämä asiat tapahtuvat erittäin nopeasti, koska työskentelemme valonnopeudella. Voitko kuvitella, millä tarkkuudella ja nopeudella anturit pystyvät mittaamaan? Annan esimerkin: valo kulkee 300 000 kilometrin sekunnissa. Jos kohde on 5 metrin päässä sinusta, kamerasta lähtevän ja palaavan valon välinen aikaero on noin 33 nanosekuntia, mikä vastaa vain 0,000000033 sekuntia! Vau! Puhumattakaan siitä, että kaapattu data antaa sinulle tarkan 3D-digitaalisen esityksen jokaisesta kuvan pikselistä.

Käytetystä periaatteesta riippumatta koko kohtausta valaisevan valonlähteen avulla anturi voi määrittää kaikkien pisteiden syvyyden. Tällainen tulos antaa etäisyyskartan, jossa jokainen pikseli koodaa etäisyyden vastaavaan pisteeseen kohtauksessa. Seuraava on esimerkki ToF-etäisyyskaaviosta:

Esimerkki ToF-aluekaaviosta

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

3. Lentoaika-antureiden käytön edut

Tarkka ja nopea mittaus

Verrattuna muihin etäisyysantureihin, kuten ultraääneen tai lasereihin, lentoaika-anturit pystyvät luomaan 3D-kuvan kohteesta erittäin nopeasti. Esimerkiksi ToF-kamera pystyy tekemään tämän vain kerran. Lisäksi ToF-anturi pystyy havaitsemaan kohteet tarkasti lyhyessä ajassa, eikä kosteus, ilmanpaine tai lämpötila vaikuta siihen, joten se soveltuu sekä sisä- että ulkokäyttöön.

pitkän matkan

Koska ToF-anturit käyttävät lasereita, ne pystyvät mittaamaan myös pitkiä etäisyyksiä ja etäisyyksiä suurella tarkkuudella. ToF-anturit ovat joustavia, koska ne pystyvät havaitsemaan lähellä ja kaukana olevia kohteita, joiden muoto ja koko ovat erilaisia.

Se on myös joustava siinä mielessä, että voit mukauttaa järjestelmän optiikkaa optimaalisen suorituskyvyn saavuttamiseksi, jossa voit valita lähetin- ja vastaanotintyypit sekä linssit halutun näkökentän saavuttamiseksi.

Turvallisuus

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

kustannustehokas

Verrattuna muihin 3D-syvyysalueskannaustekniikoihin, kuten strukturoituihin valokamerajärjestelmiin tai laseretäisyysmittareihin, ToF-anturit ovat paljon halvempia.

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

4. ToF:n rajoitukset

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

• Hajavalo

Jos erittäin kirkkaat pinnat ovat hyvin lähellä ToF-anturiasi, ne voivat sirottaa liikaa valoa vastaanottimeesi ja aiheuttaa artefakteja ja ei-toivottuja heijastuksia, koska ToF-anturisi tarvitsee heijastaa valoa vasta, kun mittaus on valmis.

• Useita heijastuksia

Kun ToF-antureita käytetään kulmissa ja koverissa muodoissa, ne voivat aiheuttaa ei-toivottuja heijastuksia, koska valo voi heijastua useita kertoja ja vääristää mittausta.

• Ympäröivä valo

ToF-kameran käyttö ulkona kirkkaassa auringonvalossa voi vaikeuttaa ulkokäyttöä. Tämä johtuu auringonvalon voimakkaasta vaikutuksesta, joka aiheuttaa anturin pikselien nopean saturoitumisen, jolloin kohteesta heijastuneen valon havaitseminen on mahdotonta.

• Johtopäätös

ToF-anturit jaToF-objektiivivoidaan käyttää monissa eri sovelluksissa. 3D-kartoituksesta, teollisuusautomaatiosta, esteiden tunnistuksesta, itseohjautuvista autoista, maataloudesta, robotiikasta, sisätilojen navigoinnista, eleiden tunnistuksesta, kohteiden skannauksesta, mittauksista, valvonnasta lisättyyn todellisuuteen! ToF-teknologian sovellukset ovat loputtomat.

Voit ottaa meihin yhteyttä kaikissa ToF-linsseihin liittyvissä tarpeissa.

Chuang An Optoelectronics keskittyy teräväpiirto-optisiin linsseihin luodakseen täydellisen visuaalisen brändin

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