1. Kas ir lidojuma laika (ToF) sensors?

Kas ir lidojuma laika kamera? Vai tā ir kamera, kas fiksē lidmašīnas lidojumu? Vai tam ir kāds sakars ar lidmašīnām vai lidmašīnām? Nu, patiesībā tas ir tālu!

ToF ir laika mērs, kas nepieciešams objektam, daļiņai vai viļņam, lai nobrauktu attālumu. Vai zinājāt, ka sikspārņu hidrolokatoru sistēma darbojas? Lidojuma laika sistēma ir līdzīga!

Ir daudz veidu lidojuma laika sensoru, taču lielākā daļa no tiem ir lidojuma laika kameras un lāzerskeneri, kas izmanto tehnoloģiju, ko sauc par lidar (gaismas noteikšana un diapazona noteikšana), lai izmērītu dažādu attēla punktu dziļumu, to spīdinot. ar infrasarkano gaismu.

Dati, kas ģenerēti un uzņemti, izmantojot ToF sensorus, ir ļoti noderīgi, jo tie var nodrošināt gājēju noteikšanu, lietotāja autentifikāciju, pamatojoties uz sejas vaibstiem, vides kartēšanu, izmantojot SLAM (vienlaicīgas lokalizācijas un kartēšanas) algoritmus un daudz ko citu.

Šī sistēma faktiski tiek plaši izmantota robotos, pašbraucošās automašīnās un pat tagad jūsu mobilajā ierīcē. Piemēram, ja izmantojat Huawei P30 Pro, Oppo RX17 Pro, LG G8 ThinQ u.c., tālrunim ir ToF kamera!

ToF kamera

2. Kā darbojas lidojuma laika sensors?

Tagad mēs vēlamies sniegt īsu ievadu par to, kas ir lidojuma laika sensors un kā tas darbojas.

ToFsensori izmanto sīkus lāzerus, lai izstarotu infrasarkano gaismu, kur iegūtā gaisma atlec no jebkura objekta un atgriežas sensorā. Pamatojoties uz laika starpību starp gaismas emisiju un atgriešanos sensorā pēc objekta atstarošanas, sensors var izmērīt attālumu starp objektu un sensoru.

Šodien mēs izpētīsim 2 veidus, kā ToF izmanto ceļojuma laiku, lai noteiktu attālumu un dziļumu: izmantojot laika impulsus un izmantojot amplitūdas modulēto viļņu fāzes nobīdi.

Izmantojiet iestatītus impulsus

Piemēram, tas darbojas, apgaismojot mērķi ar lāzeru, pēc tam mērot atstaroto gaismu ar skeneri un pēc tam izmantojot gaismas ātrumu, lai ekstrapolētu objekta attālumu, lai precīzi aprēķinātu nobraukto attālumu. Turklāt lāzera atgriešanās laika un viļņa garuma atšķirības pēc tam tiek izmantotas, lai izveidotu precīzu mērķa digitālo 3D attēlojumu un virsmas iezīmes, kā arī vizuāli kartētu tā individuālās iezīmes.

Kā redzat iepriekš, lāzera gaisma tiek izšauta un pēc tam atlec no objekta atpakaļ uz sensoru. Ar lāzera atgriešanās laiku ToF kameras spēj izmērīt precīzus attālumus īsā laika periodā, ņemot vērā gaismas kustības ātrumu. (ToF pārvērš attālumā) Šī ir formula, ko analītiķis izmanto, lai sasniegtu precīzu objekta attālumu:

(gaismas ātrums x lidojuma laiks) / 2

ToF pārvērš attālumā

Kā redzat, taimeris sāks darboties, kamēr gaisma ir izslēgta, un, kad uztvērējs saņem atgriešanās gaismu, taimeris atgriezīs laiku. Divreiz atņemot, tiek iegūts gaismas “lidojuma laiks”, un gaismas ātrums ir nemainīgs, tāpēc attālumu var viegli aprēķināt, izmantojot iepriekš minēto formulu. Tādā veidā var noteikt visus punktus uz objekta virsmas.

Izmantojiet AM viļņa fāzes nobīdi

Tālāk,ToFvar izmantot arī nepārtrauktus viļņus, lai noteiktu atstarotās gaismas fāzes nobīdi, lai noteiktu dziļumu un attālumu.

Fāzes maiņa, izmantojot AM vilni

Modulējot amplitūdu, tas rada sinusoidālu gaismas avotu ar zināmu frekvenci, ļaujot detektoram noteikt atstarotās gaismas fāzes nobīdi, izmantojot šādu formulu:

kur c ir gaismas ātrums (c = 3 × 10^8 m/s), λ ir viļņa garums (λ = 15 m) un f ir frekvence, katru sensora punktu var viegli aprēķināt dziļumā.

Visas šīs lietas notiek ļoti ātri, jo mēs strādājam ar gaismas ātrumu. Vai varat iedomāties, ar kādu precizitāti un ātrumu sensori spēj izmērīt? Ļaujiet man sniegt piemēru, gaisma pārvietojas ar ātrumu 300 000 kilometru sekundē, ja objekts atrodas 5 m attālumā no jums, laika starpība starp gaismu, kas iziet no kameras un atgriežas, ir aptuveni 33 nanosekundes, kas atbilst tikai 0,000000033 sekundēm! Oho! Nemaz nerunājot par to, ka uzņemtie dati sniegs jums precīzu 3D digitālo attēlojumu katram attēla pikselim.

Neatkarīgi no izmantotā principa gaismas avota nodrošināšana, kas apgaismo visu ainu, ļauj sensoram noteikt visu punktu dziļumu. Šāds rezultāts sniedz attāluma karti, kurā katrs pikselis kodē attālumu līdz attiecīgajam ainas punktam. Tālāk ir sniegts ToF diapazona diagrammas piemērs.

ToF diapazona diagrammas piemērs

Tagad, kad mēs zinām, ka ToF darbojas, kāpēc tas ir labs? Kāpēc to izmantot? Kam tie ir piemēroti? Neuztraucieties, ToF sensora izmantošanai ir daudz priekšrocību, taču, protams, ir daži ierobežojumi.

3. Lidojuma laika sensoru izmantošanas priekšrocības

Precīza un ātra mērīšana

Salīdzinājumā ar citiem attāluma sensoriem, piemēram, ultraskaņu vai lāzeriem, lidojuma laika sensori spēj ļoti ātri izveidot ainas 3D attēlu. Piemēram, ToF kamera to var izdarīt tikai vienu reizi. Ne tikai tas, ka ToF sensors spēj precīzi noteikt objektus īsā laikā un to neietekmē mitrums, gaisa spiediens un temperatūra, padarot to piemērotu lietošanai gan iekštelpās, gan ārpus tām.

liela distance

Tā kā ToF sensori izmanto lāzerus, tie spēj arī mērīt lielus attālumus un diapazonus ar augstu precizitāti. ToF sensori ir elastīgi, jo tie spēj noteikt tuvumā un tālumā esošus visu formu un izmēru objektus.

Tas ir arī elastīgs tādā ziņā, ka jūs varat pielāgot sistēmas optiku optimālai veiktspējai, kur varat izvēlēties raidītāja un uztvērēja veidus un objektīvus, lai iegūtu vēlamo redzes lauku.

Drošība

Uztraucas, ka lāzers noToFsensors sabojās acis? neuztraucies! Daudzi ToF sensori tagad izmanto mazjaudas infrasarkano lāzeru kā gaismas avotu un vada to ar modulētiem impulsiem. Sensors atbilst 1. klases lāzera drošības standartiem, lai nodrošinātu, ka tas ir drošs cilvēka acīm.

rentabli

Salīdzinot ar citām 3D dziļuma diapazona skenēšanas tehnoloģijām, piemēram, strukturētām gaismas kameru sistēmām vai lāzera tālmēriem, ToF sensori ir daudz lētāki salīdzinājumā ar tiem.

Neskatoties uz visiem šiem ierobežojumiem, ToF joprojām ir ļoti uzticams un ļoti ātrs 3D informācijas tveršanas veids.

4. ToF ierobežojumi

Lai gan ToF ir daudz priekšrocību, tai ir arī ierobežojumi. Daži no ToF ierobežojumiem ietver:

• Izkliedēta gaisma

Ja ļoti spilgtas virsmas atrodas ļoti tuvu jūsu ToF sensoram, tās var izkliedēt pārāk daudz gaismas uztvērējā un radīt artefaktus un nevēlamus atspīdumus, jo jūsu ToF sensoram gaisma ir jāatstaro tikai tad, kad mērījums ir gatavs.

• Vairāki atspulgi

Izmantojot ToF sensorus uz stūriem un ieliektām formām, tie var izraisīt nevēlamus atspīdumus, jo gaisma var atlēkt vairākas reizes, izkropļojot mērījumu.

• Apkārtējā gaisma

ToF kameras izmantošana ārpus telpām spilgtā saules gaismā var apgrūtināt lietošanu ārpus telpām. Tas ir saistīts ar lielo saules gaismas intensitāti, kas izraisa sensora pikseļu ātru piesātinājumu, padarot neiespējamu noteikt faktisko gaismu, kas atstaro no objekta.

• Secinājums

ToF sensori unToF objektīvsvar izmantot dažādās lietojumprogrammās. No 3D kartēšanas, rūpnieciskās automatizācijas, šķēršļu noteikšanas, pašbraucošām automašīnām, lauksaimniecības, robotikas, iekštelpu navigācijas, žestu atpazīšanas, objektu skenēšanas, mērījumiem, novērošanas līdz paplašinātajai realitātei! ToF tehnoloģijas pielietojums ir bezgalīgs.

Jūs varat sazināties ar mums par jebkādām ToF objektīvu vajadzībām.

Chuang An Optoelectronics koncentrējas uz augstas izšķirtspējas optiskajām lēcām, lai izveidotu perfektu vizuālo zīmolu

Chuang An Optoelectronics tagad ir ražojis dažādusTOF objektīvipiemēram:

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