1. Que é un sensor de tempo de voo (TOF)?

Que é unha cámara de tempo de voo? ¿É a cámara que capta o voo do avión? Ten algo que ver cos avións ou avións? Ben, en realidade está moi lonxe!

TOF é unha medida do tempo que leva un obxecto, partícula ou onda para percorrer unha distancia. ¿Sabías que funciona o sistema sonar dun morcego? O sistema de tempo de voo é similar.

Hai moitos tipos de sensores de tempo de voo, pero a maioría son cámaras de tempo de voo e escáneres láser, que usan unha tecnoloxía chamada lidar (detección de luz e rango) para medir a profundidade de varios puntos dunha imaxe ao brillar britándoo britándoo con luz infravermella.

Os datos xerados e capturados usando sensores TOF son moi útiles xa que pode proporcionar detección de peóns, autenticación de usuarios baseada en funcións faciais, mapeo de ambiente mediante algoritmos SLAM (localización e mapeo simultáneo) e moito máis.

Este sistema é moi utilizado en robots, coches autovidentes e incluso agora o teu dispositivo móbil. Por exemplo, se está a usar Huawei P30 Pro, Oppo RX17 Pro, LG G8 ThinQ, etc., o teléfono ten unha cámara TOF.

Unha cámara TOF

2. Como funciona o sensor de tempo de voo?

Agora, queremos dar unha breve introdución do que é un sensor de tempo de voo e como funciona.

TofOs sensores usan pequenos láseres para emitir luz infravermella, onde a luz resultante rebota calquera obxecto e volve ao sensor. Con base na diferenza de tempo entre a emisión de luz e o regreso ao sensor despois de ser reflectido polo obxecto, o sensor pode medir a distancia entre o obxecto e o sensor.

Hoxe, exploraremos 2 formas de como TOF usa o tempo de viaxe para determinar a distancia e a profundidade: usar pulsos de cronometraxe e usar o cambio de fase de ondas moduladas por amplitude.

Use pulsos cronometrados

Por exemplo, funciona iluminando un obxectivo cun láser, despois medindo a luz reflectida cun escáner e, a continuación, usando a velocidade da luz para extrapolar a distancia do obxecto para calcular con precisión a distancia percorrida. Ademais, a diferenza de tempo de retorno láser e lonxitude de onda úsase para facer unha representación dixital 3D dixital precisa e as características superficiais do obxectivo e visualizar as súas características individuais.

Como podes ver máis arriba, a luz láser é disparada e despois rebote o obxecto de volta ao sensor. Co tempo de retorno láser, as cámaras TOF son capaces de medir distancias precisas nun curto período de tempo dada a velocidade das viaxes lixeiras. (TOF convértese a distancia) Esta é a fórmula que usa un analista para chegar á distancia exacta dun obxecto:

(velocidade da luz x tempo de voo) / 2

TOF convértese a distancia

Como podes ver, o temporizador comezará mentres a luz está apagada e cando o receptor reciba a luz de retorno, o temporizador devolverá a hora. Ao restar dúas veces, obtense o "tempo de voo" da luz e a velocidade da luz é constante, polo que a distancia pódese calcular facilmente usando a fórmula anterior. Deste xeito, pódense determinar todos os puntos da superficie do obxecto.

Use o cambio de fase da onda AM

A continuación, oTofTamén pode usar ondas continuas para detectar o cambio de fase da luz reflectida para determinar a profundidade e a distancia.

Cambio de fase usando a onda AM

Modulando a amplitude, crea unha fonte de luz sinusoidal cunha frecuencia coñecida, permitindo ao detector determinar o cambio de fase da luz reflectida usando a seguinte fórmula:

Onde c é a velocidade da luz (c = 3 × 10^8 m/s), λ é unha lonxitude de onda (λ = 15 m) e f é a frecuencia, cada punto do sensor pódese calcular facilmente en profundidade.

Todas estas cousas pasan moi rápido mentres traballamos á velocidade da luz. ¿Podes imaxinar a precisión e a velocidade con que sensores son capaces de medir? Déixeme dar un exemplo, a luz viaxa a unha velocidade de 300.000 quilómetros por segundo, se un obxecto está a 5 metros de distancia, a diferenza de tempo entre a luz que sae da cámara e o regreso é de aproximadamente 33 nanosegundos, que só equivale a 0,000000033 segundos. Vaia! Sen esquecer, os datos capturados darán unha representación dixital 3D precisa para cada píxel da imaxe.

Independentemente do principio empregado, proporcionando unha fonte de luz que ilumine toda a escena permite que o sensor determine a profundidade de todos os puntos. Este resultado ofrécelle un mapa de distancia onde cada píxel codifica a distancia ao punto correspondente na escena. O seguinte é un exemplo dun gráfico de rango TOF:

Un exemplo de gráfica de rango TOF

Agora que sabemos que TOF funciona, por que é bo? Por que usalo? Para que son bos? Non te preocupes, hai moitas vantaxes de usar un sensor TOF, pero por suposto hai algunhas limitacións.

3. Os beneficios de usar sensores de tempo de voo

Medición precisa e rápida

En comparación con outros sensores de distancia como ultrasóns ou láseres, os sensores de tempo de voo son capaces de compoñer unha imaxe 3D dunha escena moi rápido. Por exemplo, unha cámara TOF pode facelo só unha vez. Non só iso, o sensor TOF é capaz de detectar obxectos con precisión en pouco tempo e non se ve afectado pola humidade, a presión do aire e a temperatura, tornándoo adecuado tanto para uso interior como exterior.

longa distancia

Dado que os sensores TOF usan láseres, tamén son capaces de medir longas distancias e intervalos con alta precisión. Os sensores TOF son flexibles porque son capaces de detectar obxectos próximos e afastados de todas as formas e tamaños.

Tamén é flexible no sentido de que é capaz de personalizar a óptica do sistema para un rendemento óptimo, onde podes escoller os tipos de transmisor e receptor e lentes para obter o campo de vista desexado.

Seguridade

Preocupado de que o láser doTofO sensor ferirá aos teus ollos? Non te preocupes! Moitos sensores TOF usan agora un láser infravermello de baixa potencia como fonte de luz e conducilo con pulsos modulados. O sensor cumpre as normas de seguridade láser de clase 1 para asegurarse de que sexa seguro para o ollo humano.

custo efectivo

En comparación con outras tecnoloxías de dixitalización de rango de profundidade 3D como sistemas de cámaras lixeiras estruturadas ou rangos láser, os sensores TOF son moito máis baratos en comparación con eles.

A pesar de todas estas limitacións, TOF segue sendo moi fiable e un método moi rápido para capturar información 3D.

4. Limitacións de TOF

Aínda que TOF ten moitos beneficios, tamén ten limitacións. Algunhas das limitacións de TOF inclúen:

• Luz espallada

Se as superficies moi brillantes están moi preto do sensor TOF, poden dispersar demasiada luz no receptor e crear artefactos e reflexións non desexadas, xa que o sensor TOF só debe reflectir a luz unha vez que a medición estea lista.

• Múltiples reflexións

Ao usar sensores TOF nas esquinas e formas cóncavas, poden causar reflexos non desexados, xa que a luz pode rebotar varias veces, distorsionando a medida.

• Luz ambiente

Usar a cámara TOF ao aire libre a luz solar brillante pode dificultar o uso ao aire libre. Isto débese á alta intensidade da luz solar facendo que os píxeles do sensor se saturen rapidamente, facendo imposible detectar a luz real reflectida do obxecto.

• A conclusión

Sensores TOF eLente TOFpódese usar nunha variedade de aplicacións. Desde mapeo 3D, automatización industrial, detección de obstáculos, coches de auto-condución, agricultura, robótica, navegación interior, recoñecemento de xestos, dixitalización de obxectos, medicións, vixilancia á realidade aumentada. As aplicacións da tecnoloxía TOF son infinitas.

Podes contactar connosco para calquera necesidade de lentes TOF.

Chuang An Optoelectronics céntrase en lentes ópticas de alta definición para crear unha marca visual perfecta

Chuang An optoelectronics produciu agora unha variedade deLentes TOFcomo:

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