1. Što je senzor vremena leta (ToF)?

Što je time-of-flight kamera? Je li to kamera koja snima let aviona? Ima li to veze s avionima ili avionima? Pa zapravo je daleko!

ToF je mjera vremena potrebnog objektu, čestici ili valu da prijeđe udaljenost. Jeste li znali da sonar šišmiša radi? Sustav vremena leta je sličan!

Postoji mnogo vrsta senzora za mjerenje vremena leta, ali većina su kamere za mjerenje vremena leta i laserski skeneri, koji koriste tehnologiju zvanu lidar (otkrivanje i domet svjetla) za mjerenje dubine različitih točaka na slici osvjetljavanjem s infracrvenim svjetlom.

Podaci generirani i snimljeni korištenjem ToF senzora vrlo su korisni jer mogu pružiti detekciju pješaka, autentifikaciju korisnika na temelju crta lica, mapiranje okoline pomoću algoritama SLAM (istodobna lokalizacija i mapiranje) i više.

Ovaj sustav se zapravo široko koristi u robotima, samovozećim automobilima, 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 predstaviti što je senzor vremena leta i kako radi.

ToFsenzori koriste sićušne lasere za emitiranje infracrvenog svjetla, gdje se rezultirajuće svjetlo odbija od bilo kojeg objekta i vraća na senzor. Na temelju vremenske razlike između emisije svjetlosti i povratka na senzor nakon refleksije od objekta, senzor može mjeriti udaljenost između objekta i senzora.

Danas ćemo istražiti 2 načina na koje ToF koristi vrijeme putovanja za određivanje udaljenosti i dubine: korištenje vremenskih impulsa i korištenje faznog pomaka amplitudno moduliranih valova.

Koristite tempirane impulse

Na primjer, radi tako da laserom osvijetli metu, zatim skenerom izmjeri reflektirano svjetlo, a zatim pomoću brzine svjetlosti ekstrapolira udaljenost objekta kako bi precizno izračunao prijeđenu udaljenost. Osim toga, razlika u vremenu vraćanja lasera i valnoj duljini zatim se koristi za izradu točne digitalne 3D reprezentacije i površinskih značajki mete te vizualno mapiranje njezinih pojedinačnih značajki.

Kao što možete vidjeti gore, lasersko svjetlo se ispaljuje i odbija od objekta natrag do senzora. Uz lasersko povratno vrijeme, ToF kamere mogu izmjeriti točne udaljenosti u kratkom vremenskom razdoblju s obzirom na brzinu putovanja svjetlosti. (ToF se pretvara u udaljenost) Ovo je formula koju analitičar koristi da dođe do 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. Kada se oduzme dva puta, dobije se “vrijeme leta” svjetlosti, a brzina svjetlosti je konstantna, pa se udaljenost može lako izračunati pomoću gornje formule. Na taj način se mogu odrediti sve točke na površini predmeta.

Koristite fazni pomak AM vala

Dalje,ToFtakođer može koristiti kontinuirane valove za otkrivanje faznog pomaka reflektirane svjetlosti za određivanje dubine i udaljenosti.

Fazni pomak pomoću AM vala

Moduliranjem amplitude, stvara sinusoidalni izvor svjetlosti s poznatom frekvencijom, omogućujući detektoru da odredi fazni pomak 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 dubinski.

Sve se te stvari događaju vrlo brzo jer mi radimo brzinom svjetlosti. Možete li zamisliti preciznost i brzinu kojom senzori mogu mjeriti? Dat ću primjer, svjetlost putuje brzinom od 300 000 kilometara u sekundi, ako je objekt udaljen 5 metara od vas, vremenska razlika između svjetlosti koja napušta kameru i vraća se oko 33 nanosekunde, što je samo ekvivalentno 0,000000033 sekundi! Wow! Da ne spominjemo da će vam snimljeni podaci dati točan 3D digitalni prikaz za svaki piksel na slici.

Bez obzira na princip koji se koristi, pružanje 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 grafikona raspona ToF:

Primjer grafa raspona ToF

Sad kad znamo da ToF radi, 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 za vrijeme leta

Precizno i ​​brzo mjerenje

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

velike udaljenosti

Budući da ToF senzori koriste lasere, oni također mogu mjeriti velike udaljenosti i domete s velikom preciznošću. 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, pri čemu možete odabrati vrste odašiljača i prijamnika te leće kako biste dobili željeno vidno polje.

Sigurnost

Zabrinut da laser izToFsenzor će ozlijediti vaše oči? ne brini! Mnogi ToF senzori sada koriste infracrveni laser male snage kao izvor svjetlosti i pokreću ga moduliranim impulsima. Senzor zadovoljava laserske sigurnosne standarde klase 1 kako bi se osiguralo da je siguran za ljudsko oko.

isplativo

U usporedbi s drugim tehnologijama 3D dubinskog skeniranja, kao što su sustavi strukturiranih svjetlosnih kamera ili laserski daljinomjeri, ToF senzori su mnogo jeftiniji u usporedbi s njima.

Unatoč svim ovim ograničenjima, ToF je još uvijek vrlo pouzdana i vrlo brza metoda snimanja 3D informacija.

4. Ograničenja ToF-a

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

• Raspršena svjetlost

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

• Višestruki odrazi

Kada koristite ToF senzore na uglovima i konkavnim oblicima, oni mogu uzrokovati neželjene refleksije, jer se svjetlost može odbiti više puta, iskrivljujući mjerenje.

• Ambijentalno svjetlo

Korištenje ToF kamere na otvorenom na jakom suncu može otežati korištenje na otvorenom. To je zbog visokog intenziteta sunčeve svjetlosti koja uzrokuje brzo zasićenje piksela senzora, čineći nemogućim otkrivanje stvarne svjetlosti koja se reflektira od objekta.

• Zaključak

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

Za sve potrebe ToF leća možete nas kontaktirati.

Chuang An Optoelectronics fokusiran je na optičke leće visoke razlučivosti kako bi stvorio savršen vizualni brend

Chuang An Optoelectronics sada je proizveo nizTOF lećekao 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