1. Mi az a repülési idő (ToF) érzékelő?

Mi az a repülési idő kamera? A kamera rögzíti a gép repülését? Van valami köze a repülőgépekhez vagy a repülőgépekhez? Nos, ez valójában nagyon messze van!

A ToF egy tárgy, részecske vagy hullám megtételéhez szükséges idő mértéke. Tudtad, hogy a denevér szonárrendszere működik? A repülési idő rendszere hasonló!

Sokféle repülési idő-érzékelő létezik, de a legtöbb repülési idő-kamerák és lézerszkennerek, amelyek a lidar nevű technológiát (fényérzékelés és távolságmérés) használják a kép különböző pontjainak mélységének mérésére a kép megvilágításával. infravörös fénnyel.

A ToF szenzorokkal generált és rögzített adatok nagyon hasznosak, mivel gyalogosészlelést, arcvonásokon alapuló felhasználó-hitelesítést, SLAM (egyidejű lokalizációs és leképezési) algoritmusokat használó környezettérképezést stb.

Ezt a rendszert széles körben használják robotokban, önvezető autókban, és még most is a mobileszközön. Például, ha Huawei P30 Pro-t, Oppo RX17 Pro-t, LG G8 ThinQ-t stb. használ, akkor a telefonon van ToF kamera!

Egy ToF kamera

2. Hogyan működik a repülési idő érzékelő?

Most szeretnénk röviden bemutatni, mi az a repülési idő-érzékelő, és hogyan működik.

ToFA szenzorok apró lézereket használnak infravörös fény kibocsátására, ahol a keletkező fény visszaver minden tárgyról, és visszatér az érzékelőhöz. A fénykibocsátás és a tárgyról való visszaverődés után az érzékelőhöz való visszatérés közötti időkülönbség alapján az érzékelő meg tudja mérni a tárgy és az érzékelő közötti távolságot.

Ma 2 módot fogunk megvizsgálni, hogyan használja fel a ToF az utazási időt a távolság és a mélység meghatározására: időzítő impulzusok és amplitúdómodulált hullámok fáziseltolása.

Használjon időzített impulzusokat

Például úgy működik, hogy lézerrel megvilágít egy célpontot, majd szkennerrel megméri a visszavert fényt, majd a fénysebesség segítségével extrapolálja a tárgy távolságát a megtett távolság pontos kiszámításához. Ezenkívül a lézer visszatérési idejének és hullámhosszának különbségét felhasználják a célpont pontos digitális 3D-s ábrázolásához és felületi jellemzőinek elkészítéséhez, valamint az egyedi jellemzők vizuális feltérképezéséhez.

Mint fentebb látható, a lézerfény kisugárzik, majd visszaverődik a tárgyról az érzékelőre. A lézeres visszatérési idővel a ToF kamerák rövid időn belül képesek pontos távolságot mérni a fény haladási sebességének függvényében. (A ToF távolságra konvertálja) Ezt a képletet használja az elemző egy objektum pontos távolságának meghatározásához:

(fénysebesség x repülési idő) / 2

A ToF távolságra konvertálja

Amint láthatja, az időzítő akkor indul, amikor a lámpa nem világít, és amikor a vevő megkapja a visszatérő lámpát, az időzítő visszaadja az időt. Kétszeri kivonáskor a fény „repülési idejét” kapjuk, a fénysebesség pedig állandó, így a távolság könnyen kiszámítható a fenti képlettel. Ily módon az objektum felületén lévő összes pont meghatározható.

Használja az AM hullám fáziseltolását

Következő, aToFFolyamatos hullámokat is használhat a visszavert fény fáziseltolódásának észlelésére a mélység és a távolság meghatározására.

Fáziseltolás AM hullám segítségével

Az amplitúdó modulálásával egy ismert frekvenciájú szinuszos fényforrást hoz létre, amely lehetővé teszi a detektor számára a visszavert fény fáziseltolódásának meghatározását a következő képlet segítségével:

ahol c a fény sebessége (c = 3 × 10^8 m/s), λ egy hullámhossz (λ = 15 m), f pedig a frekvencia, az érzékelő minden pontja könnyen kiszámítható a mélységben.

Mindezek a dolgok nagyon gyorsan történnek, mivel fénysebességgel dolgozunk. El tudja képzelni, hogy az érzékelők milyen pontossággal és sebességgel képesek mérni? Mondok egy példát, a fény 300 000 kilométer/másodperc sebességgel halad, ha egy tárgy 5 m távolságra van tőled, akkor a kamerát elhagyó és a visszaérkező fény időkülönbsége kb. 33 nanoszekundum, ami csak 0,000000033 másodpercnek felel meg! Hűha! Arról nem is beszélve, hogy a rögzített adatok pontos 3D-s digitális megjelenítést adnak a kép minden pixeléhez.

Az alkalmazott elvtől függetlenül a teljes jelenetet megvilágító fényforrás lehetővé teszi az érzékelő számára, hogy meghatározza az összes pont mélységét. Egy ilyen eredmény egy távolságtérképet ad, ahol minden pixel kódolja a jelenet megfelelő pontjának távolságát. A következő egy példa a ToF tartomány grafikonjára:

Példa a ToF tartomány grafikonjára

Most, hogy tudjuk, hogy a ToF működik, miért jó? Miért használja? Mire jók? Ne aggódjon, a ToF érzékelő használatának számos előnye van, de természetesen vannak korlátai.

3. A repülési idő-érzékelők használatának előnyei

Pontos és gyors mérés

Más távolságérzékelőkkel, például ultrahanggal vagy lézerekkel összehasonlítva a repülési időérzékelők nagyon gyorsan képesek 3D-s képet alkotni a jelenetről. Például egy ToF kamera ezt csak egyszer tudja megtenni. A ToF érzékelő ráadásul rövid időn belül képes pontosan érzékelni a tárgyakat, és nem befolyásolja a páratartalom, a légnyomás és a hőmérséklet, így beltéri és kültéri használatra egyaránt alkalmas.

nagy távolságra

Mivel a ToF érzékelők lézert használnak, nagy pontossággal képesek nagy távolságok és tartományok mérésére is. A ToF érzékelők rugalmasak, mert képesek bármilyen alakú és méretű közeli és távoli objektum érzékelésére.

Rugalmas abban az értelemben is, hogy az optimális teljesítmény érdekében testre szabhatja a rendszer optikáját, ahol kiválaszthatja az adó- és vevőtípusokat, valamint az objektíveket a kívánt látómező eléréséhez.

Biztonság

Aggódik, hogy a lézer aToFaz érzékelő megsérti a szemét? ne aggódj! Sok ToF érzékelő ma már kis teljesítményű infravörös lézert használ fényforrásként, és modulált impulzusokkal hajtja meg. Az érzékelő megfelel az 1-es osztályú lézeres biztonsági szabványoknak, így biztosítva, hogy az emberi szem számára biztonságos legyen.

költséghatékony

Más 3D mélységtartomány-szkennelési technológiákhoz, például strukturált fénykamerarendszerekhez vagy lézeres távolságmérőhöz képest a ToF érzékelők sokkal olcsóbbak azokhoz képest.

Mindezen korlátozások ellenére a ToF továbbra is nagyon megbízható és nagyon gyors módszer a 3D információk rögzítésére.

4. A ToF korlátai

Bár a ToF-nek számos előnye van, vannak korlátai is. A ToF néhány korlátozása a következőket tartalmazza:

• Szórt fény

Ha nagyon világos felületek nagyon közel vannak a ToF-érzékelőhöz, akkor túl sok fényt szórhatnak a vevőbe, és műtermékeket és nem kívánt visszaverődéseket okozhatnak, mivel a ToF-érzékelőnek csak akkor kell visszavernie a fényt, ha a mérés készen áll.

• Többféle tükröződés

Ha a ToF szenzorokat sarkokon és homorú alakzatokon használja, nem kívánt visszaverődést okozhatnak, mivel a fény többszörösen visszaverődik, torzítva a mérést.

• Környezeti fény

A ToF kamera kültéri, erős napfényben történő használata megnehezítheti a kültéri használatát. Ez annak köszönhető, hogy a napfény nagy intenzitása miatt az érzékelő képpontjai gyorsan telítődnek, és lehetetlenné teszi a tárgyról visszaverődő tényleges fény észlelését.

• A következtetés

ToF érzékelők ésToF objektívsokféle alkalmazásban használható. A 3D térképezéstől, ipari automatizálástól, akadályérzékeléstől, önvezető autóktól, mezőgazdaságtól, robotikától, beltéri navigációtól, gesztusfelismeréstől, tárgyszkenneléstől, mérésektől, megfigyeléstől a kiterjesztett valóságig! A ToF technológia alkalmazásai végtelenek.

Bármilyen ToF objektívvel kapcsolatos igény esetén forduljon hozzánk.

A Chuang An Optoelectronics a nagy felbontású optikai lencsékre összpontosít, hogy tökéletes vizuális márkát hozzon létre

A Chuang An Optoelectronics mára számos terméket gyártottTOF objektívekmint például:

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