1. Qu'est-ce qu'un capteur de temps de vol (TOF)?

Qu'est-ce qu'une caméra du temps de vol? Est-ce la caméra qui capture le vol de l'avion? Cela a-t-il quelque chose à voir avec les avions ou les avions? Eh bien, c'est en fait loin!

Le TOF est une mesure du temps qu'il faut pour qu'un objet, une particule ou une vague parcourt une distance. Saviez-vous que le système de sonar d'une batte fonctionne? Le système de temps de vol est similaire!

Il existe de nombreux types de capteurs de temps de vol, mais la plupart sont des caméras de temps de vol et des scanners laser, qui utilisent une technologie appelée lidar (détection de lumière et allant) pour mesurer la profondeur de divers points d'une image en la brillant avec lumière infrarouge.

Les données générées et capturées à l'aide de capteurs TOF sont très utiles car elles peuvent fournir une détection des piétons, une authentification des utilisateurs basée sur les caractéristiques faciales, une cartographie environnementale à l'aide d'algorithmes SLAM (localisation et cartographie simultanée), etc.

Ce système est en fait largement utilisé dans les robots, les voitures autonomes et même maintenant votre appareil mobile. Par exemple, si vous utilisez Huawei P30 Pro, Oppo Rx17 Pro, LG G8 Thinq, etc., votre téléphone a une caméra TOF!

Une caméra TOF

2. Comment fonctionne le capteur de temps de vol?

Maintenant, nous aimerions donner une brève introduction de ce qu'est un capteur de temps de vol et de son fonctionnement.

TofLes capteurs utilisent de minuscules lasers pour émettre une lumière infrarouge, où la lumière résultante rebondit tout objet et revient au capteur. Sur la base du décalage horaire entre l'émission de lumière et le retour au capteur après avoir été réfléchi par l'objet, le capteur peut mesurer la distance entre l'objet et le capteur.

Aujourd'hui, nous explorerons 2 façons comment le TOF utilise le temps de trajet pour déterminer la distance et la profondeur: utiliser des impulsions de synchronisation et utiliser le déphasage des ondes modulées d'amplitude.

Utiliser des impulsions chronométrées

Par exemple, il fonctionne en illuminant une cible avec un laser, puis en mesurant la lumière réfléchie avec un scanner, puis en utilisant la vitesse de la lumière pour extrapoler la distance de l'objet pour calculer avec précision la distance parcourue. De plus, la différence de temps de retour au laser et de longueur d'onde est ensuite utilisée pour faire une représentation 3D numérique précise et des caractéristiques de surface de la cible, et cartographier visuellement ses caractéristiques individuelles.

Comme vous pouvez le voir ci-dessus, la lumière laser est tirée puis rebondissez sur l'objet vers le capteur. Avec le temps de retour au laser, les caméras TOF sont capables de mesurer des distances précises en peu de temps compte tenu de la vitesse du voyage léger. (TOF convertit à la distance) C'est la formule qu'un analyste utilise pour arriver à la distance exacte d'un objet:

(vitesse de lumière x temps de vol) / 2

TOF se convertit à la distance

Comme vous pouvez le voir, la minuterie commencera pendant que la lumière est éteinte, et lorsque le récepteur reçoit le voyant de retour, la minuterie retournera l'heure. Lors de la soustraction de deux fois, le «temps de vol» est obtenu et la vitesse de la lumière est constante, donc la distance peut être facilement calculée en utilisant la formule ci-dessus. De cette façon, tous les points à la surface de l'objet peuvent être déterminés.

Utilisez le décalage de phase de l'onde AM

Ensuite, leTofPeut également utiliser des ondes continues pour détecter le décalage de phase de la lumière réfléchie pour déterminer la profondeur et la distance.

Déplacement de phase en utilisant l'onde AM

En modulant l'amplitude, il crée une source de lumière sinusoïdale avec une fréquence connue, permettant au détecteur de déterminer le décalage de phase de la lumière réfléchie en utilisant la formule suivante:

où c est la vitesse de la lumière (c = 3 × 10 ^ 8 m / s), λ est une longueur d'onde (λ = 15 m), et F est la fréquence, chaque point sur le capteur peut être facilement calculé en profondeur.

Toutes ces choses se produisent très rapidement alors que nous travaillons à la vitesse de la lumière. Pouvez-vous imaginer la précision et la vitesse avec quels capteurs peuvent mesurer? Permettez-moi de donner un exemple, la lumière se déplace à une vitesse de 300 000 kilomètres par seconde, si un objet est à 5 m de vous, la différence de temps entre la lumière quittant la caméra et le retour est d'environ 33 nanosecondes, ce qui est uniquement équivalent à 0,000000033 secondes! Ouah! Sans oublier que les données capturées vous offriront une représentation numérique 3D précise pour chaque pixel de l'image.

Quel que soit le principe utilisé, offrant une source lumineuse qui illumine toute la scène permet au capteur de déterminer la profondeur de tous les points. Un tel résultat vous donne une carte de distance où chaque pixel code la distance au point correspondant de la scène. Ce qui suit est un exemple de graphique TOF Range:

Un exemple de graphique TOF Range

Maintenant que nous savons que TOF fonctionne, pourquoi est-ce bon? Pourquoi l'utiliser? Pour quoi sont-ils bons? Ne vous inquiétez pas, il existe de nombreux avantages à utiliser un capteur TOF, mais bien sûr, il y a certaines limites.

3. Les avantages de l'utilisation de capteurs de temps de vol

Mesure précise et rapide

Par rapport à d'autres capteurs de distance tels que l'échographie ou les lasers, les capteurs de temps de vol sont capables de composer très rapidement une image 3D d'une scène. Par exemple, une caméra TOF ne peut le faire qu'une seule fois. Non seulement cela, le capteur TOF est capable de détecter avec précision les objets en peu de temps et n'est pas affecté par l'humidité, la pression de l'air et la température, ce qui le rend adapté à une utilisation intérieure et extérieure.

longue distance

Étant donné que les capteurs TOF utilisent des lasers, ils sont également capables de mesurer de longues distances et des plages avec une grande précision. Les capteurs TOF sont flexibles car ils sont capables de détecter des objets proches et lointains de toutes formes et tailles.

Il est également flexible dans le sens où vous pouvez personnaliser l'optique du système pour des performances optimales, où vous pouvez choisir l'émetteur et les types et objectifs récepteurs pour obtenir le champ de vision souhaité.

Sécurité

Craint que le laser duTofLe capteur vous blessera les yeux? Ne vous inquiétez pas! De nombreux capteurs TOF utilisent désormais un laser infrarouge basse puissance comme source de lumière et le conduisent avec des impulsions modulées. Le capteur répond aux normes de sécurité laser de classe 1 pour s'assurer qu'elle est sûre pour l'œil humain.

rentable

Par rapport aux autres technologies de balayage de plage de profondeur 3D telles que les systèmes de caméra légers structurés ou les télémètres laser, les capteurs TOF sont beaucoup moins chers par rapport à eux.

Malgré toutes ces limitations, le TOF est toujours très fiable et une méthode très rapide pour capturer des informations 3D.

4. Limites du TOF

Bien que TOF ait de nombreux avantages, il a également des limites. Certaines des limites du TOF comprennent:

• Lumière dispersée

Si les surfaces très lumineuses sont très proches de votre capteur TOF, ils peuvent disperser trop de lumière dans votre récepteur et créer des artefacts et des réflexions indésirables, car votre capteur TOF n'a besoin que de refléter la lumière une fois la mesure prête.

• Réflexions multiples

Lorsque vous utilisez des capteurs TOF sur les coins et les formes concaves, ils peuvent provoquer des réflexions indésirables, car la lumière peut rebondir plusieurs fois, déformant la mesure.

• Lumière ambiante

L'utilisation de la caméra TOF à l'extérieur en plein soleil peut rendre difficile l'utilisation extérieure. Cela est dû à la forte intensité de la lumière du soleil, ce qui fait saturer rapidement les pixels du capteur, ce qui rend impossible de détecter la lumière réelle réfléchie de l'objet.

• La conclusion

Capteurs TOF etLentille TOFpeut être utilisé dans une variété d'applications. De la cartographie 3D, de l'automatisation industrielle, de la détection d'obstacles, des voitures autonomes, de l'agriculture, de la robotique, de la navigation intérieure, de la reconnaissance des gestes, de la numérisation des objets, des mesures, de la surveillance de la réalité augmentée! Les applications de la technologie TOF sont infinies.

Vous pouvez nous contacter pour tous les besoins des lentilles TOF.

Chuang An Optoelectronics se concentre sur les lentilles optiques haute définition pour créer une marque visuelle parfaite

Chuang et optoélectronique a maintenant produit une variété deLentilles toftel que:

CH3651A F3.6mm F1.2 1/2 ″ IR850NM

CH3651B F3.6mm F1.2 1/2 ″ IR940NM

CH3652A F3.3 mm F1.1 1/3 ″ IR850NM

CH3652B F3.3 mm F1.1 1/3 ″ IR940NM

CH3653A F3.9 mm F1.1 1/3 ″ IR850NM

CH3653B F3.9 mm F1.1 1/3 ″ IR940NM

CH3654A F5.0 mm F1.1 1/3 ″ IR850NM

CH3654B F5.0 mm F1.1 1/3 ″ IR940NM