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

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

ToF é unha medida do tempo que tarda un obxecto, partícula ou onda en percorrer unha distancia. Sabías que o sistema de sonar dun morcego funciona? O sistema de tempo de voo é semellante!

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 distancia) para medir a profundidade de varios puntos dunha imaxe brillándoa. con luz infravermella.

Os datos xerados e capturados mediante sensores ToF son moi útiles xa que poden proporcionar detección de peóns, autenticación de usuarios baseada en características faciais, mapeo do contorno mediante algoritmos SLAM (localización e mapeo simultáneos) e moito máis.

Este sistema é moi utilizado en robots, coches autónomos e aínda agora no teu dispositivo móbil. Por exemplo, se estás a usar Huawei P30 Pro, Oppo RX17 Pro, LG G8 ThinQ, etc., o teu teléfono ten unha cámara ToF.

Unha cámara ToF

2. Como funciona o sensor de tempo de voo?

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

ToFOs sensores usan láseres pequenos para emitir luz infravermella, onde a luz resultante rebota en calquera obxecto e volve ao sensor. En función da diferenza de tempo entre a emisión de luz e o retorno ao sensor despois de ser reflectido polo obxecto, o sensor pode medir a distancia entre o obxecto e o sensor.

Hoxe, exploraremos dúas formas en que ToF usa o tempo de viaxe para determinar a distancia e a profundidade: usando pulsos de temporización e usando o cambio de fase das ondas moduladas en amplitude.

Use pulsos temporizados

Por exemplo, funciona iluminando un obxectivo cun láser, medindo despois a luz reflectida cun escáner, e despois usando a velocidade da luz para extrapolar a distancia do obxecto para calcular con precisión a distancia percorrida. Ademais, a diferenza no tempo de retorno do láser e na lonxitude de onda utilízase para facer unha representación dixital 3D precisa e as características da superficie do obxectivo e trazar visualmente as súas características individuais.

Como podes ver arriba, a luz láser é disparada e despois rebota no obxecto de volta ao sensor. Co tempo de retorno do láser, as cámaras ToF son capaces de medir distancias precisas nun curto período de tempo dada a velocidade da viaxe da luz. (ToF convértese en 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 en distancia

Como podes ver, o temporizador comezará mentres a luz estea apagada e, cando o receptor reciba a luz de retorno, o temporizador devolverá o tempo. 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 mediante onda AM

Ao modular a amplitude, crea unha fonte de luz sinusoidal cunha frecuencia coñecida, o que permite que o detector determine o desprazamento 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 suceden moi rápido mentres traballamos á velocidade da luz. Imaxinas a precisión e velocidade coa que os sensores son capaces de medir? Poño un exemplo, a luz viaxa a unha velocidade de 300.000 quilómetros por segundo, se un obxecto está a 5 metros de ti, a diferenza de tempo entre a luz que sae da cámara e a que regresa é duns 33 nanosegundos, o que só equivale a 0,000000033 segundos. Vaia! Sen mencionar que os datos capturados darán unha representación dixital en 3D precisa para cada píxel da imaxe.

Independentemente do principio utilizado, proporcionar unha fonte de luz que ilumine toda a escena permite que o sensor determine a profundidade de todos os puntos. Tal resultado ofrécelle un mapa de distancia onde cada píxel codifica a distancia ata o punto correspondente da escena. O seguinte é un exemplo dun gráfico de rango ToF:

Un exemplo de gráfico de rango ToF

Agora que sabemos que ToF funciona, por que é bo? Por que usalo? Para que serven? Non te preocupes, hai moitas vantaxes ao usar un sensor ToF, pero, por suposto, hai algunhas limitacións.

3. Os beneficios do uso de 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 rapidamente. Por exemplo, unha cámara ToF só pode facelo 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, polo que é adecuado tanto para uso en interiores como en exteriores.

longa distancia

Dado que os sensores ToF usan láseres, tamén son capaces de medir longas distancias e alcances 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 pode personalizar a óptica do sistema para un rendemento óptimo, onde pode escoller os tipos de transmisor e receptor e lentes para obter o campo de visión desexado.

Seguridade

Preocupado que o láser doToFsensor vai ferir os seus ollos? non te preocupes! Moitos sensores ToF agora usan un láser infravermello de baixa potencia como fonte de luz e o impulsan con pulsos modulados. O sensor cumpre os estándares de seguridade do láser Clase 1 para garantir que é seguro para o ollo humano.

rendible

En comparación con outras tecnoloxías de dixitalización de rango de profundidade en 3D, como os sistemas de cámara de luz estruturada ou os telémetros 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 do ToF

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

• Luz dispersa

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

• Reflexións múltiples

Cando se usan sensores ToF en esquinas e formas cóncavas, poden causar reflexos non desexados, xa que a luz pode rebotar varias veces, distorsionando a medición.

• Luz ambiental

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

• A conclusión

sensores ToF eLente ToFpode usarse nunha variedade de aplicacións. Desde cartografía 3D, automatización industrial, detección de obstáculos, coches autónomos, agricultura, robótica, navegación interior, recoñecemento de xestos, dixitalización de obxectos, medicións, vixilancia ata 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 agora produciu unha variedade deLentes TOFtales como:

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