1. Apa yang dimaksud dengan sensor waktu penerbangan (ToF)?

Apa itu kamera waktu penerbangan? Apakah kamera yang menangkap penerbangan pesawat? Apakah ada hubungannya dengan pesawat atau pesawat terbang? Sebenarnya, itu masih jauh!

ToF adalah ukuran waktu yang diperlukan suatu benda, partikel, atau gelombang untuk menempuh jarak. Tahukah Anda bahwa sistem sonar kelelawar berfungsi? Sistem waktu penerbangannya serupa!

Ada banyak jenis sensor waktu penerbangan, tetapi sebagian besar adalah kamera waktu penerbangan dan pemindai laser, yang menggunakan teknologi yang disebut lidar (deteksi dan jangkauan cahaya) untuk mengukur kedalaman berbagai titik dalam gambar dengan menyinarinya. dengan cahaya inframerah.

Data yang dihasilkan dan ditangkap menggunakan sensor ToF sangat berguna karena dapat memberikan deteksi pejalan kaki, otentikasi pengguna berdasarkan fitur wajah, pemetaan lingkungan menggunakan algoritma SLAM (simultaneous localization and mapling), dan banyak lagi.

Sistem ini sebenarnya banyak digunakan pada robot, mobil self-driving, dan bahkan sekarang pada perangkat seluler Anda. Misalnya, jika Anda menggunakan Huawei P30 Pro, Oppo RX17 Pro, LG G8 ThinQ, dll., ponsel Anda memiliki kamera ToF!

Kamera ToF

2. Bagaimana cara kerja sensor waktu penerbangan?

Sekarang, kami ingin memberikan pengenalan singkat tentang apa itu sensor waktu terbang dan cara kerjanya.

ToFsensor menggunakan laser kecil untuk memancarkan cahaya inframerah, di mana cahaya yang dihasilkan memantulkan objek apa pun dan kembali ke sensor. Berdasarkan perbedaan waktu antara pancaran cahaya dan cahaya yang kembali ke sensor setelah dipantulkan oleh benda, maka sensor dapat mengukur jarak antara benda dengan sensor.

Hari ini, kita akan mengeksplorasi 2 cara bagaimana ToF menggunakan waktu tempuh untuk menentukan jarak dan kedalaman: menggunakan pulsa waktu, dan menggunakan pergeseran fasa gelombang termodulasi amplitudo.

Gunakan pulsa berjangka waktu

Misalnya, ia bekerja dengan menyinari target dengan laser, kemudian mengukur cahaya yang dipantulkan dengan pemindai, dan kemudian menggunakan kecepatan cahaya untuk mengekstrapolasi jarak objek guna menghitung jarak yang ditempuh secara tepat. Selain itu, perbedaan waktu kembalinya laser dan panjang gelombang kemudian digunakan untuk membuat representasi 3D digital yang akurat dan fitur permukaan target, serta memetakan fitur individualnya secara visual.

Seperti yang Anda lihat di atas, sinar laser ditembakkan dan kemudian memantulkan objek kembali ke sensor. Dengan waktu kembalinya laser, kamera ToF mampu mengukur jarak secara akurat dalam waktu singkat mengingat kecepatan perjalanan cahaya. (ToF diubah menjadi jarak) Ini adalah rumus yang digunakan analis untuk menentukan jarak tepat suatu objek:

(kecepatan cahaya x waktu terbang) / 2

ToF diubah menjadi jarak

Seperti yang Anda lihat, pengatur waktu akan mulai saat lampu mati, dan ketika penerima menerima lampu kembali, pengatur waktu akan mengembalikan waktu. Dengan mengurangkan dua kali, diperoleh “waktu terbang” cahaya, dan kecepatan cahaya adalah konstan, sehingga jarak dapat dengan mudah dihitung menggunakan rumus di atas. Dengan cara ini seluruh titik pada permukaan benda dapat ditentukan.

Gunakan pergeseran fasa gelombang AM

Selanjutnya,ToFjuga dapat menggunakan gelombang kontinu untuk mendeteksi pergeseran fasa cahaya yang dipantulkan untuk menentukan kedalaman dan jarak.

Pergeseran fasa menggunakan gelombang AM

Dengan memodulasi amplitudo, ia menciptakan sumber cahaya sinusoidal dengan frekuensi yang diketahui, memungkinkan detektor menentukan pergeseran fasa cahaya yang dipantulkan menggunakan rumus berikut:

dimana c adalah kecepatan cahaya (c = 3 × 10^8 m/s), λ adalah panjang gelombang (λ = 15 m), dan f adalah frekuensi, setiap titik pada sensor dapat dengan mudah dihitung kedalamannya.

Semua hal ini terjadi sangat cepat saat kita bekerja dengan kecepatan cahaya. Dapatkah Anda membayangkan ketepatan dan kecepatan yang dapat diukur oleh sensor? Saya beri contoh, cahaya merambat dengan kecepatan 300.000 kilometer per detik, jika suatu benda berjarak 5m dari Anda, selisih waktu antara cahaya meninggalkan kamera dan kembali adalah sekitar 33 nanodetik, yang hanya setara dengan 0,000000033 detik! Wow! Belum lagi, data yang diambil akan memberi Anda representasi digital 3D yang akurat untuk setiap piksel dalam gambar.

Terlepas dari prinsip yang digunakan, menyediakan sumber cahaya yang menerangi seluruh pemandangan memungkinkan sensor menentukan kedalaman semua titik. Hasil tersebut memberi Anda peta jarak di mana setiap piksel mengkodekan jarak ke titik terkait dalam pemandangan. Berikut ini adalah contoh grafik rentang ToF:

Contoh grafik rentang ToF

Sekarang kita tahu bahwa ToF berfungsi, mengapa ini bagus? Mengapa menggunakannya? Apa gunanya? Jangan khawatir, banyak keuntungan menggunakan sensor ToF, namun tentunya ada beberapa keterbatasannya.

3. Manfaat menggunakan sensor waktu penerbangan

Pengukuran yang akurat dan cepat

Dibandingkan dengan sensor jarak lainnya seperti USG atau laser, sensor waktu penerbangan mampu menyusun gambar 3D suatu pemandangan dengan sangat cepat. Misalnya, kamera ToF hanya dapat melakukan ini sekali. Tak hanya itu, sensor ToF mampu mendeteksi objek secara akurat dalam waktu singkat dan tidak terpengaruh oleh kelembapan, tekanan udara, dan suhu sehingga cocok digunakan baik di dalam maupun di luar ruangan.

interlokal

Karena sensor ToF menggunakan laser, mereka juga mampu mengukur jarak jauh dengan akurasi tinggi. Sensor ToF bersifat fleksibel karena mampu mendeteksi objek dekat dan jauh dalam segala bentuk dan ukuran.

Ini juga fleksibel dalam artian Anda dapat menyesuaikan optik sistem untuk kinerja optimal, di mana Anda dapat memilih jenis pemancar dan penerima serta lensa untuk mendapatkan bidang pandang yang diinginkan.

Keamanan

Khawatir bahwa laser dariToFsensor akan melukai mata Anda? Jangan khawatir! Banyak sensor ToF sekarang menggunakan laser inframerah berdaya rendah sebagai sumber cahaya dan menggerakkannya dengan pulsa termodulasi. Sensor ini memenuhi standar keamanan laser Kelas 1 untuk memastikan aman bagi mata manusia.

hemat biaya

Dibandingkan dengan teknologi pemindaian rentang kedalaman 3D lainnya seperti sistem kamera cahaya terstruktur atau pengukur jarak laser, sensor ToF jauh lebih murah dibandingkan keduanya.

Terlepas dari semua keterbatasan ini, ToF masih sangat andal dan merupakan metode yang sangat cepat dalam menangkap informasi 3D.

4. Keterbatasan ToF

Meskipun ToF memiliki banyak manfaat, namun juga memiliki keterbatasan. Beberapa keterbatasan ToF meliputi:

• Cahaya tersebar

Jika permukaan yang sangat terang berada sangat dekat dengan sensor ToF Anda, permukaan tersebut mungkin menyebarkan terlalu banyak cahaya ke receiver Anda dan menciptakan artefak serta pantulan yang tidak diinginkan, karena sensor ToF Anda hanya perlu memantulkan cahaya setelah pengukuran siap.

• Berbagai refleksi

Saat menggunakan sensor ToF pada bentuk sudut dan cekung, sensor tersebut dapat menyebabkan pantulan yang tidak diinginkan, karena cahaya dapat memantul beberapa kali, sehingga mengganggu pengukuran.

• Cahaya sekitar

Menggunakan kamera ToF di luar ruangan di bawah sinar matahari yang cerah dapat mempersulit penggunaan di luar ruangan. Hal ini disebabkan tingginya intensitas sinar matahari menyebabkan piksel sensor cepat jenuh sehingga tidak mungkin mendeteksi cahaya sebenarnya yang dipantulkan dari objek.

• Kesimpulannya

Sensor ToF danlensa ToFdapat digunakan dalam berbagai aplikasi. Dari Pemetaan 3D, Otomasi Industri, Deteksi Rintangan, Mobil Self-Driving, Pertanian, Robotika, Navigasi Dalam Ruangan, Pengenalan Gerakan, Pemindaian Objek, Pengukuran, Pengawasan hingga Augmented Reality! Penerapan teknologi ToF tidak ada habisnya.

Anda dapat menghubungi kami untuk segala kebutuhan lensa ToF.

Chuang An Optoelektronik berfokus pada lensa optik definisi tinggi untuk menciptakan merek visual yang sempurna

Chuang An Optoelektronik kini telah memproduksi beragamLensa TOFseperti:

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