1. Kas yra skrydžio laiko (ToF) jutiklis?

Kas yra skrydžio laiko kamera? Ar lėktuvo skrydį fiksuoja kamera? Ar tai turi ką nors bendro su lėktuvais ar lėktuvais? Na, iš tikrųjų tai toli!

ToF yra laiko matas, per kurį objektas, dalelė ar banga nukeliauja atstumą. Ar žinojote, kad šikšnosparnio sonaro sistema veikia? Skrydžio laiko sistema panaši!

Yra daugybė skrydžio laiko jutiklių rūšių, tačiau dauguma jų yra skrydžio laiko kameros ir lazeriniai skaitytuvai, kuriuose naudojama technologija, vadinama lidar (šviesos aptikimas ir diapazonas), kad išmatuotų įvairių vaizdo taškų gylį jį apšviesdami. su infraraudonųjų spindulių šviesa.

Duomenys, sukurti ir užfiksuoti naudojant ToF jutiklius, yra labai naudingi, nes gali užtikrinti pėsčiųjų aptikimą, vartotojo autentifikavimą pagal veido bruožus, aplinkos žemėlapių sudarymą naudojant SLAM (vienalaikio lokalizavimo ir kartografavimo) algoritmus ir kt.

Ši sistema iš tikrųjų plačiai naudojama robotuose, savaeigiuose automobiliuose ir net dabar jūsų mobiliajame įrenginyje. Pavyzdžiui, jei naudojate „Huawei P30 Pro“, „Oppo RX17 Pro“, „LG G8 ThinQ“ ir kt., jūsų telefone yra ToF kamera!

ToF kamera

2. Kaip veikia skrydžio laiko jutiklis?

Dabar norėtume trumpai pristatyti, kas yra skrydžio laiko jutiklis ir kaip jis veikia.

ToFjutikliai naudoja mažyčius lazerius, kad išspinduliuotų infraraudonąją šviesą, kur gauta šviesa atsimuša į bet kurį objektą ir grįžta į jutiklį. Remiantis laiko skirtumu tarp šviesos spinduliavimo ir grįžimo į jutiklį po to, kai jį atspindi objektas, jutiklis gali išmatuoti atstumą tarp objekto ir jutiklio.

Šiandien išnagrinėsime 2 būdus, kaip ToF naudoja kelionės laiką atstumui ir gyliui nustatyti: naudojant laiko impulsus ir naudojant amplitudės moduliuojamų bangų fazės poslinkį.

Naudokite laiko impulsus

Pavyzdžiui, jis veikia apšviečiant taikinį lazeriu, tada matuojant atspindėtą šviesą skaitytuvu ir naudojant šviesos greitį objekto atstumui ekstrapoliuoti, kad būtų tiksliai apskaičiuotas nuvažiuotas atstumas. Be to, lazerio grįžimo laiko ir bangos ilgio skirtumas naudojamas tiksliai skaitmeniniam 3D vaizdui ir taikinio paviršiaus ypatybėms sukurti bei vizualiai nustatyti atskiras jo savybes.

Kaip matote aukščiau, lazerio šviesa išleidžiama ir tada atšoka nuo objekto atgal į jutiklį. Su lazerio grįžimo laiku ToF kameros gali išmatuoti tikslius atstumus per trumpą laiką, atsižvelgiant į šviesos sklidimo greitį. (ToF konvertuoja į atstumą) Tai formulė, kurią analitikas naudoja norėdamas pasiekti tikslų objekto atstumą:

(šviesos greitis x skrydžio laikas) / 2

ToF konvertuoja į atstumą

Kaip matote, laikmatis pradės veikti, kai lemputė išjungta, o kai imtuvas gaus grįžtamąją lemputę, laikmatis grąžins laiką. Atimant du kartus, gaunamas šviesos „skrydžio laikas“, o šviesos greitis yra pastovus, todėl atstumą galima nesunkiai apskaičiuoti naudojant aukščiau pateiktą formulę. Tokiu būdu galima nustatyti visus objekto paviršiaus taškus.

Naudokite AM bangos fazės poslinkį

Toliau,ToFtaip pat gali naudoti nuolatines bangas, kad nustatytų atspindėtos šviesos fazės poslinkį, kad nustatytų gylį ir atstumą.

Fazės poslinkis naudojant AM bangą

Modifikuodamas amplitudę, jis sukuria žinomo dažnio sinusoidinį šviesos šaltinį, leidžiantį detektoriui nustatyti atspindėtos šviesos fazės poslinkį pagal šią formulę:

kur c yra šviesos greitis (c = 3 × 10^8 m/s), λ yra bangos ilgis (λ = 15 m), o f yra dažnis, kiekvieną jutiklio tašką galima lengvai apskaičiuoti gylyje.

Visi šie dalykai vyksta labai greitai, nes dirbame šviesos greičiu. Ar galite įsivaizduoti, kokiu tikslumu ir greičiu jutikliai gali išmatuoti? Pateiksiu pavyzdį, šviesa sklinda 300 000 kilometrų per sekundę greičiu, jei objektas yra 5 m atstumu nuo jūsų, laiko skirtumas tarp šviesos išėjimo iš fotoaparato ir sugrįžimo yra apie 33 nanosekundės, o tai atitinka tik 0,000000033 sekundes! Oho! Jau nekalbant apie tai, kad užfiksuoti duomenys suteiks jums tikslų 3D skaitmeninį kiekvieno vaizdo pikselio vaizdą.

Nepriklausomai nuo naudojamo principo, visą sceną apšviečiantis šviesos šaltinis leidžia jutikliui nustatyti visų taškų gylį. Toks rezultatas suteikia jums atstumo žemėlapį, kuriame kiekvienas pikselis užkoduoja atstumą iki atitinkamo scenos taško. Toliau pateikiamas ToF diapazono diagramos pavyzdys:

ToF diapazono grafiko pavyzdys

Dabar, kai žinome, kad ToF veikia, kodėl tai gerai? Kodėl jį naudoti? Kam jie naudingi? Nesijaudinkite, naudojant ToF jutiklį yra daug privalumų, tačiau, žinoma, yra tam tikrų apribojimų.

3. Skrydžio laiko jutiklių naudojimo pranašumai

Tikslus ir greitas matavimas

Palyginti su kitais atstumo jutikliais, tokiais kaip ultragarsas ar lazeriai, skrydžio laiko jutikliai gali labai greitai sukurti 3D scenos vaizdą. Pavyzdžiui, ToF kamera tai gali padaryti tik vieną kartą. Maža to, ToF jutiklis gali tiksliai aptikti objektus per trumpą laiką ir jam nedaro įtakos drėgmė, oro slėgis ir temperatūra, todėl jis tinkamas naudoti tiek viduje, tiek lauke.

ilgas atstumas

Kadangi ToF jutikliuose naudojami lazeriai, jie taip pat gali labai tiksliai išmatuoti didelius atstumus ir diapazonus. ToF jutikliai yra lankstūs, nes gali aptikti bet kokios formos ir dydžio artimus ir tolimus objektus.

Jis taip pat yra lankstus ta prasme, kad galite pritaikyti sistemos optiką optimaliam veikimui, kur galite pasirinkti siųstuvo ir imtuvo tipus bei objektyvus, kad gautumėte norimą matymo lauką.

Saugumas

Nerimauju, kad lazeris išToFjutiklis sužeis akis? nesijaudink! Daugelis ToF jutiklių dabar naudoja mažos galios infraraudonųjų spindulių lazerį kaip šviesos šaltinį ir valdo jį moduliuotais impulsais. Jutiklis atitinka 1 klasės lazerio saugos standartus, kad būtų saugus žmogaus akiai.

ekonomiškai efektyvus

Palyginti su kitomis 3D gylio diapazono nuskaitymo technologijomis, tokiomis kaip struktūrinės šviesos kamerų sistemos ar lazeriniai tolimačiai, ToF jutikliai yra daug pigesni, palyginti su jais.

Nepaisant visų šių apribojimų, ToF vis dar yra labai patikimas ir labai greitas 3D informacijos fiksavimo būdas.

4. ToF apribojimai

Nors ToF turi daug privalumų, jis taip pat turi apribojimų. Kai kurie ToF apribojimai yra šie:

• Išsklaidyta šviesa

Jei labai ryškūs paviršiai yra labai arti jūsų ToF jutiklio, jie gali išsklaidyti per daug šviesos į imtuvą ir sukurti artefaktus bei nepageidaujamus atspindžius, nes jūsų ToF jutiklis turi atspindėti šviesą tik tada, kai bus atliktas matavimas.

• Keli atspindžiai

Naudojant ToF jutiklius kampuose ir įgaubtose formose, jie gali sukelti nepageidaujamų atspindžių, nes šviesa gali atšokti kelis kartus ir iškraipyti matavimą.

• Aplinkos šviesa

Naudojant ToF kamerą lauke ryškioje saulės šviesoje gali būti sunku naudoti lauke. Taip yra dėl didelio saulės šviesos intensyvumo, dėl kurio jutiklio pikseliai greitai prisisotina, todėl neįmanoma aptikti tikrosios šviesos, atsispindėjusios nuo objekto.

• Išvada

ToF jutikliai irToF objektyvasgali būti naudojamas įvairiose programose. Nuo 3D žemėlapių sudarymo, pramoninės automatikos, kliūčių aptikimo, savarankiškai važiuojančių automobilių, žemės ūkio, robotikos, vidaus navigacijos, gestų atpažinimo, objektų nuskaitymo, matavimų, stebėjimo iki papildytosios realybės! ToF technologijos pritaikymas yra begalinis.

Dėl bet kokių ToF objektyvų poreikių galite susisiekti su mumis.

Chuang An Optoelectronics daugiausia dėmesio skiria didelės raiškos optiniams lęšiams, kad sukurtų tobulą vizualinį prekės ženklą

Chuang An Optoelectronics dabar gamina įvairiusTOF objektyvaipvz.:

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