1. Ұшу уақытын өлшейтін (ToF) сенсор дегеніміз не?

Ұшу уақытын көрсететін камера дегеніміз не? Ұшақтың ұшуын түсіретін камера ма? Оның ұшақтармен немесе ұшақтармен байланысы бар ма? Шын мәнінде, ол алыс жерде!

ToF – заттың, бөлшектің немесе толқынның қашықтыққа ұшуына кететін уақыттың өлшемі. Жарқанаттың сонар жүйесі жұмыс істейтінін білесіз бе? Ұшу уақытын есептеу жүйесі де осыған ұқсас!

Ұшу уақытын өлшейтін сенсорлардың көптеген түрлері бар, бірақ олардың көпшілігі ұшу уақытын өлшейтін камералар мен лазерлік сканерлер болып табылады, олар инфрақызыл жарықпен сәулелендіру арқылы кескіндегі әртүрлі нүктелердің тереңдігін өлшеу үшін лидар (жарықты анықтау және қашықтықты өлшеу) деп аталатын технологияны пайдаланады.

ToF сенсорларын пайдаланып жасалған және түсірілген деректер өте пайдалы, себебі олар жаяу жүргіншілерді анықтауды, бет-әлпет ерекшеліктеріне негізделген пайдаланушыны аутентификациялауды, SLAM (бір мезгілде локализациялау және картаға түсіру) алгоритмдерін пайдаланып қоршаған ортаны картаға түсіруді және т.б. қамтамасыз ете алады.

Бұл жүйе роботтарда, өздігінен жүретін көліктерде және тіпті қазір сіздің мобильді құрылғыңызда кеңінен қолданылады. Мысалы, егер сіз Huawei P30 Pro, Oppo RX17 Pro, LG G8 ThinQ және т.б. пайдалансаңыз, телефоныңызда ToF камерасы бар!

ToF камерасы

2. Ұшу уақытын өлшейтін сенсор қалай жұмыс істейді?

Енді ұшу уақытын өлшейтін сенсор деген не және ол қалай жұмыс істейтіні туралы қысқаша түсініктеме бергіміз келеді.

ToFДатчиктер инфрақызыл сәуле шығару үшін кішкентай лазерлерді пайдаланады, онда алынған жарық кез келген заттан шағылысады және датчикке оралады. Жарықтың шығарылуы мен зат шағылысқаннан кейін датчикке оралуы арасындағы уақыт айырмашылығына сүйене отырып, датчик зат пен датчик арасындағы қашықтықты өлшей алады.

Бүгін біз ToF қашықтық пен тереңдікті анықтау үшін саяхат уақытын қалай пайдаланатынының екі жолын қарастырамыз: уақыт импульстарын пайдалану және амплитудалық модуляцияланған толқындардың фазалық ығысуын пайдалану.

Уақытша импульстарды пайдаланыңыз

Мысалы, ол нысананы лазермен жарықтандыру, содан кейін шағылысқан жарықты сканермен өлшеу, содан кейін жарық жылдамдығын пайдаланып, нысанның қашықтығын экстраполяциялау арқылы жүріп өткен қашықтықты дәл есептеу арқылы жұмыс істейді. Сонымен қатар, лазердің қайтару уақыты мен толқын ұзындығындағы айырмашылық нысананың дәл сандық 3D көрінісін және беткі ерекшеліктерін жасау және оның жеке ерекшеліктерін визуалды түрде картаға түсіру үшін қолданылады.

Жоғарыда көріп отырғаныңыздай, лазерлік сәуле шығарылады, содан кейін нысаннан сенсорға қайта шағылады. Лазердің қайтару уақытымен ToF камералары жарықтың таралу жылдамдығын ескере отырып, қысқа мерзім ішінде дәл қашықтықты өлшей алады. (ToF қашықтыққа түрлендіреді) Бұл аналитик нысанның дәл қашықтығына жету үшін қолданатын формула:

(жарық жылдамдығы х ұшу уақыты) / 2

ToF қашықтыққа түрлендіреді

Көріп отырғаныңыздай, таймер шам сөніп тұрғанда іске қосылады, ал қабылдағыш қайтару шамын алғанда, таймер уақытты қайтарады. Екі есе азайтқанда, жарықтың «ұшу уақыты» алынады, ал жарық жылдамдығы тұрақты болады, сондықтан қашықтықты жоғарыдағы формуланы пайдаланып оңай есептеуге болады. Осылайша, заттың бетіндегі барлық нүктелерді анықтауға болады.

AM толқынының фазалық ығысуын пайдаланыңыз

Келесі,ToFсонымен қатар тереңдік пен қашықтықты анықтау үшін шағылысқан жарықтың фазалық ығысуын анықтау үшін үздіксіз толқындарды пайдалана алады.

AM толқынын пайдаланып фазалық ығысу

Амплитудасын модуляциялау арқылы ол белгілі жиіліктегі синусоидалы жарық көзін жасайды, бұл детекторға шағылысқан жарықтың фазалық ығысуын келесі формуланы пайдаланып анықтауға мүмкіндік береді:

мұндағы c – жарық жылдамдығы (c = 3 × 10^8 м/с), λ – толқын ұзындығы (λ = 15 м), ал f – жиілік, сенсордағы әрбір нүктені оңай тереңдікте есептеуге болады.

Мұның бәрі жарық жылдамдығымен жұмыс істеген кезде өте тез жүреді. Сенсорлардың өлшеу дәлдігі мен жылдамдығын елестете аласыз ба? Мысал келтірейін, жарық секундына 300 000 шақырым жылдамдықпен таралады, егер зат сізден 5 м қашықтықта болса, камерадан шыққан жарық пен қайтып оралған жарық арасындағы уақыт айырмашылығы шамамен 33 наносекундты құрайды, бұл тек 0,000000033 секундқа тең! Уау! Сонымен қатар, түсірілген деректер кескіндегі әрбір пиксель үшін дәл 3D сандық көрінісін береді.

Қолданылатын принципке қарамастан, бүкіл көріністі жарықтандыратын жарық көзін қамтамасыз ету сенсорға барлық нүктелердің тереңдігін анықтауға мүмкіндік береді. Мұндай нәтиже сізге әрбір пиксель көріністегі сәйкес нүктеге дейінгі қашықтықты кодтайтын қашықтық картасын береді. Төменде ToF диапазонының графигінің мысалы келтірілген:

ToF диапазонының графигінің мысалы

Енді ToF жұмыс істейтінін білгеннен кейін, ол неліктен жақсы? Неліктен оны пайдалану керек? Олар не үшін пайдалы? Алаңдамаңыз, ToF сенсорын пайдаланудың көптеген артықшылықтары бар, бірақ әрине, кейбір шектеулер бар.

3. Ұшу уақытын өлшейтін сенсорларды пайдаланудың артықшылықтары

Дәл және жылдам өлшеу

Ультрадыбыстық немесе лазерлік сияқты басқа қашықтық сенсорларымен салыстырғанда, ұшу уақытын өлшейтін сенсорлар көріністің 3D кескінін өте тез жасай алады. Мысалы, ToF камерасы мұны тек бір рет жасай алады. Сонымен қатар, ToF сенсоры нысандарды қысқа мерзімде дәл анықтай алады және ылғалдылыққа, ауа қысымына және температураға әсер етпейді, бұл оны үй ішінде де, сыртында да пайдалануға жарамды етеді.

ұзақ қашықтық

ToF сенсорлары лазерлерді пайдаланатындықтан, олар ұзақ қашықтықтар мен қашықтықтарды жоғары дәлдікпен өлшеуге де қабілетті. ToF сенсорлары икемді, себебі олар барлық пішіндегі және өлшемдегі жақын және алыс нысандарды анықтай алады.

Сондай-ақ, ол оңтайлы өнімділік үшін жүйенің оптикасын теңшей алатындықтан икемді, мұнда қажетті көру өрісін алу үшін таратқыш және қабылдағыш түрлерін және линзаларды таңдай аласыз.

Қауіпсіздік

Лазерден алаңдадымToFСенсор көзіңізге зиян келтіре ме? алаңдамаңыз! Қазіргі уақытта көптеген ToF сенсорлары жарық көзі ретінде төмен қуатты инфрақызыл лазерді пайдаланады және оны модуляцияланған импульстармен басқарады. Сенсор адам көзіне қауіпсіз болуын қамтамасыз ету үшін 1-сыныпты лазерлік қауіпсіздік стандарттарына сәйкес келеді.

тиімді

Құрылымдалған жарық камера жүйелері немесе лазерлік қашықтық өлшегіштер сияқты басқа 3D тереңдік диапазонын сканерлеу технологияларымен салыстырғанда, ToF сенсорлары олармен салыстырғанда әлдеқайда арзан.

Осы шектеулердің барлығына қарамастан, ToF әлі де өте сенімді және 3D ақпаратты түсірудің өте жылдам әдісі болып табылады.

4. ToF шектеулері

ToF көптеген артықшылықтарға ие болғанымен, оның шектеулері де бар. ToF-тың кейбір шектеулеріне мыналар жатады:

• Шашыраған жарық

Егер өте ашық беттер ToF сенсорына өте жақын болса, олар қабылдағышқа тым көп жарық шашыратып, артефактілер мен қажетсіз шағылысуларды тудыруы мүмкін, себебі ToF сенсоры өлшеу дайын болғаннан кейін ғана жарықты шағылыстыруы керек.

• Бірнеше рефлексиялар

ToF сенсорларын бұрыштар мен ойыс пішіндерде пайдаланған кезде, олар қажетсіз шағылысуларды тудыруы мүмкін, себебі жарық бірнеше рет шағылысуы мүмкін, бұл өлшеуді бұрмалайды.

• Қоршаған орта жарығы

ToF камерасын ашық күн сәулесінде ашық ауада пайдалану далада пайдалануды қиындатуы мүмкін. Бұл күн сәулесінің жоғары қарқындылығына байланысты сенсор пикселдерінің тез қанығуына әкеліп соғады, бұл нысаннан шағылысқан нақты жарықты анықтауды мүмкін емес етеді.

• Қорытынды

ToF сенсорлары жәнеToF объективіәртүрлі қолданбаларда қолданылуы мүмкін. 3D картаға түсіруден бастап, өнеркәсіптік автоматтандырудан бастап, кедергілерді анықтаудан бастап, өздігінен жүретін көліктерге дейін, ауыл шаруашылығынан бастап, робототехникаға дейін, үй ішінде навигациялаудан бастап, қимылдарды тану, нысандарды сканерлеу, өлшеулер, бақылаудан бастап, кеңейтілген шындыққа дейін! ToF технологиясының қолданылу аясы шексіз.

ToF линзаларына қатысты кез келген қажеттіліктеріңіз бойынша бізбен хабарласа аласыз.

Chuang An Optoelectronics компаниясы мінсіз визуалды бренд жасау үшін жоғары ажыратымдылықтағы оптикалық линзаларға баса назар аударады

Chuang An Optoelectronics қазір әртүрлі өнімдер шығардыTOF линзаларымысалы:

CH3651A f3,6 мм F1,2 1/2 дюйм IR850 нм

CH3651B f3,6 мм F1,2 1/2 дюйм IR940 нм

CH3652A f3,3 мм F1,1 1/3 дюйм IR850 нм

CH3652B f3,3 мм F1,1 1/3 дюйм IR940 нм

CH3653A f3,9 мм F1,1 1/3 дюйм IR850 нм

CH3653B f3,9 мм F1,1 1/3 дюйм IR940 нм

CH3654A f5.0mm F1.1 1/3″ IR850nm

CH3654B f5.0mm F1.1 1/3″ IR940nm