1. Ұшу уақыты (ToF) сенсоры дегеніміз не?

Ұшу уақытын көрсететін камера дегеніміз не? Ұшақтың ұшуын түсіретін камера ма? Оның ұшақтарға немесе ұшақтарға қатысы бар ма? Расында, бұл өте алыс!

ToF – объектінің, бөлшектің немесе толқынның қашықтықты жүріп өтуіне кететін уақыт өлшемі. Жарқанаттың сонар жүйесі жұмыс істейтінін білесіз бе? Ұшу уақыты жүйесі ұқсас!

Ұшу уақытының сенсорларының көптеген түрлері бар, бірақ олардың көпшілігі кескіннің әртүрлі нүктелерінің тереңдігін жарқыратып өлшеу үшін lidar (жарықты анықтау және диапазон) деп аталатын технологияны қолданатын ұшу уақытын көрсететін камералар мен лазерлік сканерлер. инфрақызыл сәулемен.

ToF сенсорлары арқылы жасалған және түсірілген деректер өте пайдалы, себебі ол жаяу жүргіншілерді анықтауды, бет-әлпет ерекшеліктеріне негізделген пайдаланушы аутентификациясын, SLAM (бір уақытта локализация және карталау) алгоритмдері арқылы қоршаған ортаны карталауды және т.б. қамтамасыз ете алады.

Бұл жүйе роботтарда, өзін-өзі басқаратын машиналарда және қазірдің өзінде сіздің мобильді құрылғыңызда кеңінен қолданылады. Мысалы, Huawei P30 Pro, Oppo RX17 Pro, LG G8 ThinQ және т.б. пайдалансаңыз, телефоныңызда ToF камерасы бар!

ToF камерасы

2. Ұшу уақытының сенсоры қалай жұмыс істейді?

Енді біз ұшу уақытының сенсоры деген не және оның қалай жұмыс істейтіні туралы қысқаша таныстыруды қалаймыз.

ToFсенсорлар инфрақызыл сәулені шығару үшін кішкентай лазерлерді пайдаланады, онда пайда болған жарық кез келген нысаннан секіреді және сенсорға оралады. Жарық сәулеленуі мен объект шағылысқаннан кейін сенсорға оралу арасындағы уақыт айырмашылығына негізделген сенсор объект пен сенсор арасындағы қашықтықты өлшей алады.

Бүгін біз ToF қашықтық пен тереңдікті анықтау үшін саяхат уақытын қалай пайдаланатынының 2 әдісін зерттейміз: уақыт импульстерін пайдалану және амплитудалық модуляцияланған толқындардың фазалық ығысуын пайдалану.

Уақыты бар импульстарды пайдаланыңыз

Мысалы, ол нысанды лазермен жарықтандыру арқылы жұмыс істейді, содан кейін сканермен шағылған жарықты өлшейді, содан кейін жүріп өткен қашықтықты дәл есептеу үшін объектінің қашықтығын экстраполяциялау үшін жарық жылдамдығын пайдаланады. Бұған қоса, лазердің қайтару уақыты мен толқын ұзындығындағы айырмашылық дәл сандық 3D көрінісін және нысананың беткі ерекшеліктерін жасау және оның жеке ерекшеліктерін көрнекі түрде көрсету үшін пайдаланылады.

Жоғарыда көріп отырғаныңыздай, лазер сәулесі шығарылады, содан кейін объектіні сенсорға қайтарады. Лазерлік қайтару уақытымен ToF камералары жарықтың жүру жылдамдығын ескере отырып, қысқа уақыт ішінде дәл қашықтықты өлшей алады. (ToF қашықтыққа түрлендіреді) Бұл талдаушы нысанның нақты қашықтығына жету үшін қолданатын формула:

(жарық жылдамдығы x ұшу уақыты) / 2

ToF қашықтыққа түрлендіреді

Көріп отырғаныңыздай, таймер шам өшіп тұрғанда іске қосылады, ал ресивер кері шамды алған кезде таймер уақытты қайтарады. Екі рет шегеру кезінде жарықтың «ұшу уақыты» алынады, ал жарық жылдамдығы тұрақты, сондықтан қашықтықты жоғарыдағы формула арқылы оңай есептеуге болады. Осылайша объектінің бетіндегі барлық нүктелерді анықтауға болады.

AM толқынының фазалық ығысуын пайдаланыңыз

Келесі,ToFтереңдік пен қашықтықты анықтау үшін шағылысқан жарықтың фазалық ығысуын анықтау үшін үздіксіз толқындарды да пайдалана алады.

AM толқыны арқылы фазалық жылжу

Амплитуданы модуляциялау арқылы ол белгілі жиілігі бар синусоидалы жарық көзін жасайды, бұл детекторға келесі формула арқылы шағылысқан жарықтың фазалық ығысуын анықтауға мүмкіндік береді:

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

Мұның бәрі біз жарық жылдамдығымен жұмыс істейтіндіктен өте жылдам болады. Сенсорлар өлшей алатын дәлдік пен жылдамдықты елестете аласыз ба? Мысал келтірейін, жарық секундына 300 000 шақырым жылдамдықпен тарайды, егер объект сізден 5 м қашықтықта болса, камерадан шыққан жарық пен кері қайту арасындағы уақыт айырмашылығы шамамен 33 наносекундты құрайды, бұл небәрі 0,000000033 секундқа тең! Апыр-ай! Түсірілген деректер кескіндегі әрбір пиксел 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 әр пиксель көріністегі сәйкес нүктеге дейінгі қашықтықты кодтайтын қашықтық картасын береді. Төменде ToF диапазонының графигінің мысалы келтірілген:

ToF диапазонының графигінің мысалы

Енді біз ToF жұмыс істейтінін білеміз, неге бұл жақсы? Неліктен оны пайдалану керек? Олар не үшін пайдалы? Алаңдамаңыз, ToF сенсорын пайдаланудың көптеген артықшылықтары бар, бірақ, әрине, кейбір шектеулер бар.

3. Ұшу уақытының сенсорларын пайдаланудың артықшылықтары

Дәл және жылдам өлшеу

Ультрадыбыстық немесе лазер сияқты басқа қашықтық сенсорларымен салыстырғанда, ұшу уақытының сенсорлары көріністің 3D кескінін өте жылдам құра алады. Мысалы, ToF камерасы мұны тек бір рет жасай алады. Бұл ғана емес, ToF сенсоры нысандарды қысқа уақыт ішінде дәл анықтай алады және ылғалдылық, ауа қысымы және температура әсер етпейді, бұл оны ішкі және сыртқы пайдалану үшін қолайлы етеді.

ұзақ қашықтық

ToF сенсорлары лазерлерді пайдаланатындықтан, олар сондай-ақ жоғары дәлдікпен ұзақ қашықтықтарды және диапазондарды өлшеуге қабілетті. ToF сенсорлары икемді, өйткені олар барлық пішіндер мен өлшемдердің жақын және алыс объектілерін анықтай алады.

Ол сондай-ақ оңтайлы өнімділік үшін жүйенің оптикасын теңшеу мүмкіндігін беретін мағынада икемді, мұнда қажетті көру өрісін алу үшін таратқыш пен қабылдағыш түрлерін және линзаларды таңдауға болады.

Қауіпсіздік

Лазердің пайда болуы туралы алаңдаттыToFсенсор көзіңізді зақымдайды ма? уайымдама! Көптеген ToF сенсорлары қазір жарық көзі ретінде төмен қуатты инфрақызыл лазерді пайдаланады және оны модуляцияланған импульстармен басқарады. Сенсор адам көзіне қауіпсіз болуы үшін 1-сынып лазерлік қауіпсіздік стандарттарына сәйкес келеді.

үнемді

Құрылымдық жарық камера жүйелері немесе лазерлік диапазон өлшегіштер сияқты 3D тереңдік диапазонын сканерлеудің басқа технологияларымен салыстырғанда, ToF сенсорлары олармен салыстырғанда әлдеқайда арзанырақ.

Барлық осы шектеулерге қарамастан, ToF әлі де өте сенімді және 3D ақпаратты түсірудің өте жылдам әдісі.

4. ТоФ шектеулері

ToF көптеген артықшылықтарға ие болғанымен, оның шектеулері де бар. ToF шектеулерінің кейбірі мыналарды қамтиды:

• Шашыраған жарық

Егер өте жарық беттер ToF сенсорына өте жақын болса, олар қабылдағышқа тым көп жарық шашып, артефактілер мен қажетсіз шағылысулар тудыруы мүмкін, өйткені ToF сенсоры өлшеу дайын болғаннан кейін ғана жарықты көрсетуі керек.

• Бірнеше рефлексия

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

• Сыртқы жарық

ToF камерасын ашық күн сәулесінде пайдалану ашық ауада пайдалануды қиындатады. Бұл күн сәулесінің жоғары қарқындылығына байланысты, сенсор пикселдерінің тез қанығуына әкеліп соғады, бұл объектіден шағылысқан нақты жарықты анықтау мүмкін емес.

• Қорытынды

ToF сенсорлары жәнеToF линзасыәртүрлі қолданбаларда қолдануға болады. 3D картасын жасау, өнеркәсіптік автоматтандыру, кедергілерді анықтау, өздігінен жүретін автомобильдер, ауыл шаруашылығы, робототехника, ішкі навигация, қимылдарды тану, объектілерді сканерлеу, өлшемдер, бақылаудан кеңейтілген шындыққа дейін! ToF технологиясының қолдану аясы шексіз.

ToF линзаларының кез келген қажеттіліктері үшін бізбен байланыса аласыз.

Chuang An Optoelectronics тамаша визуалды бренд жасау үшін жоғары ажыратымдылықтағы оптикалық линзаларға назар аударады

Chuang An Optoelectronics қазірдің өзінде алуан түрін шығардыTOF линзаларысияқты:

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 f5,0 мм F1,1 1/3 дюйм IR850 нм

CH3654B f5,0мм F1,1 1/3″ IR940nm