1. Što je senzor vremena leta (ToF)?

Što je kamera koja mjeri vrijeme leta? Je li to kamera koja snima let aviona? Ima li to ikakve veze s avionima ili avionima? Pa, zapravo je to jako daleko!

ToF je mjera vremena potrebnog da objekt, čestica ili val prijeđe određenu udaljenost. Jeste li znali da šišmišev sonarni sustav funkcionira? Sustav za mjerenje vremena leta je sličan!

Postoje mnoge vrste senzora za mjerenje vremena leta, ali većina su kamere za mjerenje vremena leta i laserski skeneri, koji koriste tehnologiju nazvanu lidar (detekcija i određivanje dometa svjetlosti) za mjerenje dubine različitih točaka na slici osvjetljavanjem infracrvenim svjetlom.

Podaci generirani i snimljeni pomoću ToF senzora vrlo su korisni jer mogu omogućiti detekciju pješaka, autentifikaciju korisnika na temelju crta lica, mapiranje okruženja pomoću SLAM (simultana lokalizacija i mapiranje) algoritama i još mnogo toga.

Ovaj sustav se zapravo široko koristi u robotima, automobilima koji sami voze, pa čak i sada u vašim mobilnim uređajima. Na primjer, ako koristite Huawei P30 Pro, Oppo RX17 Pro, LG G8 ThinQ itd., vaš telefon ima ToF kameru!

ToF kamera

2. Kako radi senzor vremena leta?

Sada bismo željeli ukratko objasniti što je senzor vremena leta i kako radi.

ToFSenzori koriste sićušne lasere za emitiranje infracrvene svjetlosti, gdje se rezultirajuća svjetlost odbija od bilo kojeg objekta i vraća se senzoru. Na temelju vremenske razlike između emisije svjetlosti i povratka senzoru nakon što se reflektira od objekta, senzor može izmjeriti udaljenost između objekta i senzora.

Danas ćemo istražiti dva načina kako ToF koristi vrijeme putovanja za određivanje udaljenosti i dubine: korištenje vremenskih impulsa i korištenje faznog pomaka amplitudno moduliranih valova.

Koristite vremenski ograničene impulse

Na primjer, radi tako da osvijetli metu laserom, zatim izmjeri reflektiranu svjetlost skenerom, a zatim koristi brzinu svjetlosti za ekstrapolaciju udaljenosti objekta kako bi precizno izračunao prijeđenu udaljenost. Osim toga, razlika u vremenu povratka lasera i valnoj duljini zatim se koristi za izradu točnog digitalnog 3D prikaza i površinskih značajki mete te vizualno mapiranje njezinih pojedinačnih značajki.

Kao što možete vidjeti gore, laserska svjetlost se ispaljuje i zatim odbija od objekta natrag do senzora. Zahvaljujući vremenu povratka lasera, ToF kamere mogu mjeriti točne udaljenosti u kratkom vremenskom razdoblju s obzirom na brzinu putovanja svjetlosti. (ToF se pretvara u udaljenost) Ovo je formula koju analitičar koristi za određivanje točne udaljenosti objekta:

(brzina svjetlosti x vrijeme leta) / 2

ToF se pretvara u udaljenost

Kao što vidite, mjerač vremena će se pokrenuti dok je svjetlo isključeno, a kada prijemnik primi povratno svjetlo, mjerač vremena će vratiti vrijeme. Dvaput oduzimanjem dobiva se „vrijeme leta“ svjetlosti, a brzina svjetlosti je konstantna, pa se udaljenost može lako izračunati pomoću gornje formule. Na taj se način mogu odrediti sve točke na površini objekta.

Koristite fazni pomak AM vala

Zatim,ToFtakođer može koristiti kontinuirane valove za detekciju faznog pomaka reflektirane svjetlosti kako bi se odredila dubina i udaljenost.

Fazni pomak pomoću AM vala

Modulacijom amplitude stvara se sinusoidni izvor svjetlosti poznate frekvencije, što detektoru omogućuje određivanje faznog pomaka reflektirane svjetlosti pomoću sljedeće formule:

gdje je c brzina svjetlosti (c = 3 × 10^8 m/s), λ je valna duljina (λ = 15 m), a f je frekvencija, svaka točka na senzoru može se lako izračunati u dubinu.

Sve se to događa vrlo brzo jer radimo brzinom svjetlosti. Možete li zamisliti preciznost i brzinu kojom senzori mogu mjeriti? Dozvolite mi da navedem primjer, svjetlost putuje brzinom od 300 000 kilometara u sekundi, ako je objekt udaljen 5 m od vas, vremenska razlika između izlaska svjetlosti iz kamere i povratka je oko 33 nanosekunde, što je ekvivalentno samo 0,000000033 sekundi! Vau! A da ne spominjemo, snimljeni podaci dat će vam točan 3D digitalni prikaz za svaki piksel na slici.

Bez obzira na korišteni princip, osiguravanje izvora svjetlosti koji osvjetljava cijelu scenu omogućuje senzoru da odredi dubinu svih točaka. Takav rezultat daje vam kartu udaljenosti gdje svaki piksel kodira udaljenost do odgovarajuće točke u sceni. Slijedi primjer grafa raspona ToF-a:

Primjer grafa raspona ToF-a

Sada kada znamo da ToF funkcionira, zašto je dobar? Zašto ga koristiti? Za što su dobri? Ne brinite, postoje mnoge prednosti korištenja ToF senzora, ali naravno postoje i neka ograničenja.

3. Prednosti korištenja senzora vremena leta

Točno i brzo mjerenje

U usporedbi s drugim senzorima udaljenosti poput ultrazvuka ili lasera, senzori vremena leta mogu vrlo brzo sastaviti 3D sliku scene. Na primjer, ToF kamera to može učiniti samo jednom. Osim toga, ToF senzor može točno detektirati objekte u kratkom vremenu i na njega ne utječu vlaga, tlak zraka i temperatura, što ga čini prikladnim za unutarnju i vanjsku upotrebu.

duge udaljenosti

Budući da ToF senzori koriste lasere, sposobni su mjeriti velike udaljenosti i domete s visokom točnošću. ToF senzori su fleksibilni jer mogu detektirati bliske i udaljene objekte svih oblika i veličina.

Također je fleksibilan u smislu da možete prilagoditi optiku sustava za optimalne performanse, gdje možete odabrati vrste odašiljača i prijemnika te leće kako biste dobili željeno vidno polje.

Sigurnost

Zabrinut da laser izToFHoće li vam senzor oštetiti oči? Ne brinite! Mnogi ToF senzori sada koriste infracrveni laser male snage kao izvor svjetlosti i pokreću ga moduliranim impulsima. Senzor zadovoljava sigurnosne standarde lasera klase 1 kako bi se osigurala sigurnost za ljudsko oko.

isplativo

U usporedbi s drugim tehnologijama 3D skeniranja dubinskog raspona kao što su sustavi kamera sa strukturiranim svjetlom ili laserski daljinomjeri, ToF senzori su puno jeftiniji u usporedbi s njima.

Unatoč svim tim ograničenjima, ToF je i dalje vrlo pouzdana i vrlo brza metoda snimanja 3D informacija.

4. Ograničenja ToF-a

Iako ToF ima mnogo prednosti, ima i ograničenja. Neka od ograničenja ToF-a uključuju:

• Raspršeno svjetlo

Ako su vrlo svijetle površine vrlo blizu vašeg ToF senzora, mogu raspršiti previše svjetlosti u vaš prijemnik i stvoriti artefakte i neželjene refleksije, budući da vaš ToF senzor treba reflektirati svjetlost tek kada je mjerenje spremno.

• Višestruki odrazi

Prilikom korištenja ToF senzora na kutovima i konkavnim oblicima, mogu uzrokovati neželjene refleksije, jer se svjetlost može više puta odbiti, iskrivljujući mjerenje.

• Ambijentalno svjetlo

Korištenje ToF kamere na otvorenom pri jakom sunčevom svjetlu može otežati korištenje na otvorenom. To je zbog visokog intenziteta sunčeve svjetlosti koji uzrokuje brzo zasićenje piksela senzora, što onemogućuje detekciju stvarne svjetlosti reflektirane od objekta.

• Zaključak

ToF senzori iToF objektivmože se koristiti u raznim primjenama. Od 3D mapiranja, industrijske automatizacije, otkrivanja prepreka, autonomnih automobila, poljoprivrede, robotike, unutarnje navigacije, prepoznavanja gesti, skeniranja objekata, mjerenja, nadzora do proširene stvarnosti! Primjene ToF tehnologije su beskrajne.

Možete nas kontaktirati za sve potrebe ToF objektiva.

Chuang An Optoelectronics se fokusira na optičke leće visoke razlučivosti kako bi stvorio savršen vizualni brend

Chuang An Optoelectronics sada proizvodi razneTOF objektivikao što su:

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