1. რა არის ფრენის დროის (ToF) სენსორი?

რა არის ფრენის დროის კამერა? არის თუ არა კამერა, რომელიც აფიქსირებს თვითმფრინავის ფრენას? აქვს რამე კავშირი თვითმფრინავებთან ან თვითმფრინავებთან? ისე, ეს რეალურად შორს არის!

ToF არის დროის საზომი, რომელიც სჭირდება ობიექტს, ნაწილაკს ან ტალღას მანძილის გასავლელად. იცოდით, რომ ღამურის სონარის სისტემა მუშაობს? ფრენის დროის სისტემა მსგავსია!

არსებობს მრავალი სახის ფრენის დროის სენსორები, მაგრამ უმეტესობა არის ფრენის დროის კამერები და ლაზერული სკანერები, რომლებიც იყენებენ ტექნოლოგიას სახელწოდებით lidar (შუქის გამოვლენა და დიაპაზონი) გამოსახულების სხვადასხვა წერტილების სიღრმის გასაზომად. ინფრაწითელი შუქით.

ToF სენსორების გამოყენებით გენერირებული და დაფიქსირებული მონაცემები ძალიან სასარგებლოა, რადგან მას შეუძლია უზრუნველყოს ფეხით მოსიარულეთა ამოცნობა, მომხმარებლის ავთენტიფიკაცია სახის მახასიათებლებზე დაფუძნებული, გარემოს რუკა SLAM (ერთდროული ლოკალიზაციისა და რუკების) ალგორითმების გამოყენებით და სხვა.

ეს სისტემა რეალურად ფართოდ გამოიყენება რობოტებში, თვითმართველ მანქანებში და ახლაც კი თქვენს მობილურ მოწყობილობაში. მაგალითად, თუ იყენებთ Huawei P30 Pro, Oppo RX17 Pro, LG G8 ThinQ და ა.შ., თქვენს ტელეფონს აქვს ToF კამერა!

ToF კამერა

2. როგორ მუშაობს ფრენის დროის სენსორი?

ახლა ჩვენ გვსურს მოკლედ წარმოგიდგინოთ რა არის ფრენის დროის სენსორი და როგორ მუშაობს იგი.

ToFსენსორები იყენებენ პაწაწინა ლაზერებს ინფრაწითელი შუქის გამოსაცემად, სადაც მიღებული შუქი ბრუნდება ნებისმიერი ობიექტიდან და უბრუნდება სენსორს. ობიექტის მიერ ასახვის შემდეგ სინათლის გამოსხივებასა და სენსორში დაბრუნებას შორის დროის სხვაობაზე დაყრდნობით, სენსორს შეუძლია გაზომოს მანძილი ობიექტსა და სენსორს შორის.

დღეს ჩვენ განვიხილავთ 2 გზას, თუ როგორ იყენებს ToF მგზავრობის დროს მანძილისა და სიღრმის დასადგენად: დროის იმპულსების გამოყენებით და ამპლიტუდის მოდულირებული ტალღების ფაზის გადანაცვლების გამოყენებით.

გამოიყენეთ დროული პულსები

მაგალითად, ის მუშაობს სამიზნის ლაზერით განათებით, შემდეგ სკანერით არეკლილი შუქის გაზომვით და შემდეგ სინათლის სიჩქარის გამოყენებით ობიექტის მანძილის ექსტრაპოლაციისთვის, რათა ზუსტად გამოვთვალოთ გავლილი მანძილი. გარდა ამისა, ლაზერის დაბრუნების დროისა და ტალღის სიგრძის სხვაობა გამოიყენება სამიზნის ზუსტი ციფრული 3D წარმოდგენისა და ზედაპირის მახასიათებლების შესაქმნელად და მისი ინდივიდუალური მახასიათებლების ვიზუალურად გამოსახულების მიზნით.

როგორც ზემოთ ხედავთ, ლაზერული შუქი იფეთქება და შემდეგ აბრუნდება ობიექტიდან სენსორთან. ლაზერული დაბრუნების დროით, ToF კამერებს შეუძლიათ ზუსტი მანძილების გაზომვა მოკლე დროში სინათლის მოგზაურობის სიჩქარის გათვალისწინებით. (ToF გარდაიქმნება მანძილად) ეს არის ფორმულა, რომელსაც ანალიტიკოსი იყენებს ობიექტის ზუსტ მანძილზე მისასვლელად:

(შუქის სიჩქარე x ფრენის დრო) / 2

ToF გარდაიქმნება მანძილად

როგორც ხედავთ, ტაიმერი დაიწყებს შუქის გამორთვისას და როდესაც მიმღები მიიღებს დაბრუნების შუქს, ტაიმერი დააბრუნებს დროს. ორჯერ გამოკლებისას მიიღება სინათლის „ფრენის დრო“ და სინათლის სიჩქარე მუდმივია, ამიტომ მანძილი ადვილად გამოითვლება ზემოთ მოცემული ფორმულით. ამ გზით შესაძლებელია ობიექტის ზედაპირზე ყველა წერტილის დადგენა.

გამოიყენეთ AM ტალღის ფაზური ცვლა

შემდეგი,ToFასევე შეუძლია უწყვეტი ტალღების გამოყენება არეკლილი სინათლის ფაზური ცვლის დასადგენად სიღრმისა და მანძილის დასადგენად.

ფაზის ცვლა AM ტალღის გამოყენებით

ამპლიტუდის მოდულირებით, ის ქმნის სინუსოიდულ სინათლის წყაროს ცნობილი სიხშირით, რაც დეტექტორს საშუალებას აძლევს განსაზღვროს არეკლილი სინათლის ფაზური ცვლა შემდეგი ფორმულის გამოყენებით:

სადაც c არის სინათლის სიჩქარე (c = 3 × 10^8 მ/წმ), λ არის ტალღის სიგრძე (λ = 15 მ), ხოლო f არის სიხშირე, სენსორზე თითოეული წერტილი ადვილად შეიძლება გამოითვალოს სიღრმეში.

ეს ყველაფერი ძალიან სწრაფად ხდება, რადგან სინათლის სიჩქარით ვმუშაობთ. შეგიძლიათ წარმოიდგინოთ, რა სიზუსტითა და სიჩქარით შეუძლიათ სენსორების გაზომვა? მოდი მაგალითს მოვიყვან, სინათლე წამში 300 000 კილომეტრის სიჩქარით მოძრაობს, თუ ობიექტი შენგან 5 მეტრშია, კამერიდან დაბრუნებულ შუქს შორის დროის სხვაობა არის დაახლოებით 33 ნანოწამი, რაც მხოლოდ 0.000000033 წამის ტოლია! ვაა! რომ აღარაფერი ვთქვათ, გადაღებული მონაცემები მოგცემთ ზუსტ 3D ციფრულ წარმოდგენას გამოსახულების თითოეული პიქსელისთვის.

გამოყენებული პრინციპის მიუხედავად, სინათლის წყაროს უზრუნველყოფა, რომელიც ანათებს მთელ სცენას, სენსორს საშუალებას აძლევს განსაზღვროს ყველა წერტილის სიღრმე. ასეთი შედეგი გაძლევთ მანძილის რუკას, სადაც თითოეული პიქსელი შიფრავს მანძილს სცენის შესაბამის წერტილამდე. ქვემოთ მოცემულია ToF დიაპაზონის გრაფიკის მაგალითი:

ToF დიაპაზონის გრაფიკის მაგალითი

ახლა, როცა ვიცით, რომ ToF მუშაობს, რატომ არის კარგი? რატომ გამოიყენოს იგი? რისთვის არიან ისინი კარგი? არ ინერვიულოთ, ToF სენსორის გამოყენებას ბევრი უპირატესობა აქვს, მაგრამ, რა თქმა უნდა, არსებობს გარკვეული შეზღუდვები.

3. ფრენის დროის სენსორების გამოყენების სარგებელი

ზუსტი და სწრაფი გაზომვა

სხვა მანძილის სენსორებთან შედარებით, როგორიცაა ულტრაბგერითი ან ლაზერები, ფრენის დროის სენსორებს შეუძლიათ სცენის 3D გამოსახულების შექმნა ძალიან სწრაფად. მაგალითად, ToF კამერას შეუძლია ამის გაკეთება მხოლოდ ერთხელ. არა მხოლოდ ეს, ToF სენსორს შეუძლია მოკლე დროში ამოიცნოს ობიექტები და არ ახდენს გავლენას ტენიანობაზე, ჰაერის წნევაზე და ტემპერატურაზე, რაც მას შესაფერისს ხდის როგორც შიდა, ასევე გარე გამოყენებისთვის.

შორ მანძილზე

ვინაიდან ToF სენსორები იყენებენ ლაზერებს, მათ ასევე შეუძლიათ გაზომონ დიდი მანძილი და დიაპაზონი მაღალი სიზუსტით. ToF სენსორები მოქნილია, რადგან მათ შეუძლიათ ამოიცნონ ყველა ფორმისა და ზომის ახლო და შორს ობიექტები.

ის ასევე მოქნილია იმ გაგებით, რომ თქვენ შეგიძლიათ სისტემის ოპტიკის მორგება ოპტიმალური მუშაობისთვის, სადაც შეგიძლიათ აირჩიოთ გადამცემისა და მიმღების ტიპები და ლინზები სასურველი ხედვის ველის მისაღებად.

უსაფრთხოება

აწუხებს, რომ ლაზერი ეხლაToFსენსორი თვალებს გტკივა? არ ინერვიულო! ბევრი ToF სენსორი ახლა იყენებს დაბალი სიმძლავრის ინფრაწითელ ლაზერს, როგორც სინათლის წყაროს და მართავს მას მოდულირებული იმპულსებით. სენსორი აკმაყოფილებს 1 კლასის ლაზერის უსაფრთხოების სტანდარტებს, რათა უზრუნველყოს ის უსაფრთხო ადამიანის თვალისთვის.

ხარჯთეფექტური

სხვა 3D სიღრმის დიაპაზონის სკანირების ტექნოლოგიებთან შედარებით, როგორიცაა სტრუქტურირებული სინათლის კამერის სისტემები ან ლაზერული დიაპაზონის მაძიებელი, ToF სენსორები მათთან შედარებით გაცილებით იაფია.

მიუხედავად ყველა ამ შეზღუდვისა, ToF მაინც ძალიან საიმედო და ძალიან სწრაფი მეთოდია 3D ინფორმაციის გადასაღებად.

4. ToF-ის შეზღუდვები

მიუხედავად იმისა, რომ ToF-ს ბევრი სარგებელი აქვს, მას ასევე აქვს შეზღუდვები. ToF-ის ზოგიერთი შეზღუდვა მოიცავს:

• გაფანტული სინათლე

თუ ძალიან კაშკაშა ზედაპირები ძალიან ახლოსაა თქვენს ToF სენსორთან, მათ შეუძლიათ გადაანაწილონ ზედმეტად ბევრი შუქი თქვენს მიმღებში და შექმნან არტეფაქტები და არასასურველი ანარეკლი, რადგან თქვენს ToF სენსორს სჭირდება სინათლის ასახვა მხოლოდ მას შემდეგ, რაც გაზომვა მზად იქნება.

• მრავალჯერადი ანარეკლი

კუთხეებსა და ჩაზნექილ ფორმებზე ToF სენსორების გამოყენებისას, მათ შეუძლიათ გამოიწვიონ არასასურველი არეკვლა, რადგან შუქი შეიძლება მრავალჯერ ამოვარდეს, რაც ამახინჯებს გაზომვას.

• ატმოსფერული შუქი

ToF კამერის გარეთ გამოყენება მზის კაშკაშა შუქზე შეიძლება გაართულოს გარე გამოყენება. ეს გამოწვეულია მზის შუქის მაღალი ინტენსივობით, რაც იწვევს სენსორის პიქსელების სწრაფად გაჯერებას, რაც შეუძლებელს ხდის ობიექტიდან არეკლილი სინათლის აღმოჩენას.

• დასკვნა

ToF სენსორები დაToF ობიექტივიშეიძლება გამოყენებულ იქნას სხვადასხვა აპლიკაციებში. 3D რუქებიდან, სამრეწველო ავტომატიზაციიდან, დაბრკოლებების გამოვლენიდან, თვითმართვადი მანქანებიდან, სოფლის მეურნეობიდან, რობოტიკიდან, შიდა ნავიგაცია, ჟესტების ამოცნობა, ობიექტების სკანირება, გაზომვები, მეთვალყურეობა გაძლიერებულ რეალობამდე! ToF ტექნოლოგიის გამოყენება გაუთავებელია.

თქვენ შეგიძლიათ დაგვიკავშირდეთ ToF ლინზების ნებისმიერი საჭიროებისთვის.

Chuang An Optoelectronics ორიენტირებულია მაღალი გარჩევადობის ოპტიკურ ლინზებზე, რათა შექმნას სრულყოფილი ვიზუალური ბრენდი

Chuang An Optoelectronics ახლა აწარმოებს მრავალფეროვნებასTOF ლინზებიროგორიცაა:

CH3651A f3.6mm F1.2 1/2″ IR850nm

CH3651B f3.6mm F1.2 1/2″ IR940nm

CH3652A f3.3 მმ F1.1 1/3" IR850 ნმ

CH3652B f3.3 მმ F1.1 1/3" IR940 ნმ

CH3653A f3.9მმ F1.1 1/3″ IR850nm

CH3653B f3.9მმ F1.1 1/3″ IR940nm

CH3654A f5.0 მმ F1.1 1/3" IR850 ნმ

CH3654B f5.0mm F1.1 1/3″ IR940nm