1. Apakah penderia masa penerbangan (ToF)?

Apakah kamera masa penerbangan? Adakah kamera yang merakam penerbangan pesawat? Adakah ia ada kaitan dengan kapal terbang atau kapal terbang? Nah, ia sebenarnya jauh!

ToF ialah ukuran masa yang diambil untuk objek, zarah atau gelombang untuk menempuh jarak. Adakah anda tahu bahawa sistem sonar kelawar berfungsi? Sistem masa penerbangan adalah serupa!

Terdapat banyak jenis penderia masa penerbangan, tetapi kebanyakannya ialah kamera masa penerbangan dan pengimbas laser, yang menggunakan teknologi yang dipanggil lidar (pengesanan dan julat cahaya) untuk mengukur kedalaman pelbagai titik dalam imej dengan menyinarinya dengan cahaya inframerah.

Data yang dijana dan ditangkap menggunakan penderia ToF sangat berguna kerana ia boleh menyediakan pengesanan pejalan kaki, pengesahan pengguna berdasarkan ciri muka, pemetaan persekitaran menggunakan algoritma SLAM (penyetempatan dan pemetaan serentak) dan banyak lagi.

Sistem ini sebenarnya digunakan secara meluas dalam robot, kereta pandu sendiri, malah kini peranti mudah alih anda. Contohnya, jika anda menggunakan Huawei P30 Pro, Oppo RX17 Pro, LG G8 ThinQ, dll., telefon anda mempunyai kamera ToF!

Sebuah kamera ToF

2. Bagaimanakah penderia masa penerbangan berfungsi?

Sekarang, kami ingin memberikan pengenalan ringkas tentang penderia masa penerbangan dan cara ia berfungsi.

ToFpenderia menggunakan laser kecil untuk memancarkan cahaya inframerah, di mana cahaya yang terhasil melantun dari mana-mana objek dan kembali ke penderia. Berdasarkan perbezaan masa antara pancaran cahaya dan pengembalian kepada penderia selepas dipantulkan oleh objek, penderia boleh mengukur jarak antara objek dan penderia.

Hari ini, kita akan meneroka 2 cara bagaimana ToF menggunakan masa perjalanan untuk menentukan jarak dan kedalaman: menggunakan denyutan pemasaan, dan menggunakan peralihan fasa gelombang termodulat amplitud.

Gunakan denyutan bermasa

Sebagai contoh, ia berfungsi dengan menerangi sasaran dengan laser, kemudian mengukur cahaya yang dipantulkan dengan pengimbas, dan kemudian menggunakan kelajuan cahaya untuk mengekstrapolasi jarak objek untuk mengira dengan tepat jarak yang dilalui. Di samping itu, perbezaan dalam masa pulangan laser dan panjang gelombang kemudiannya digunakan untuk membuat perwakilan 3D digital yang tepat dan ciri permukaan sasaran, dan memetakan ciri individunya secara visual.

Seperti yang anda boleh lihat di atas, cahaya laser dipancarkan dan kemudian melantun objek kembali ke penderia. Dengan masa pulangan laser, kamera ToF dapat mengukur jarak yang tepat dalam tempoh masa yang singkat memandangkan kelajuan perjalanan cahaya. (ToF bertukar kepada jarak) Ini ialah formula yang digunakan oleh penganalisis untuk mencapai jarak tepat objek:

(kelajuan cahaya x masa penerbangan) / 2

ToF bertukar kepada jarak

Seperti yang anda boleh lihat, pemasa akan bermula semasa lampu dimatikan, dan apabila penerima menerima cahaya kembali, pemasa akan mengembalikan masa. Apabila menolak dua kali, "masa penerbangan" cahaya diperoleh, dan kelajuan cahaya adalah malar, jadi jarak boleh dikira dengan mudah menggunakan formula di atas. Dengan cara ini, semua titik pada permukaan objek boleh ditentukan.

Gunakan anjakan fasa gelombang AM

Seterusnya, yangToFjuga boleh menggunakan gelombang berterusan untuk mengesan anjakan fasa cahaya yang dipantulkan untuk menentukan kedalaman dan jarak.

Peralihan fasa menggunakan gelombang AM

Dengan memodulasi amplitud, ia mencipta sumber cahaya sinusoidal dengan frekuensi yang diketahui, membolehkan pengesan menentukan anjakan fasa cahaya yang dipantulkan menggunakan formula berikut:

di mana c ialah kelajuan cahaya (c = 3 × 10^8 m/s), λ ialah panjang gelombang (λ = 15 m), dan f ialah kekerapan, setiap titik pada sensor boleh dikira dengan mudah secara mendalam.

Semua perkara ini berlaku dengan sangat pantas apabila kita bekerja pada kelajuan cahaya. Bolehkah anda bayangkan ketepatan dan kelajuan penderia dapat mengukur? Izinkan saya memberi contoh, cahaya bergerak pada kelajuan 300,000 kilometer sesaat, jika objek berada 5m dari anda, perbezaan masa antara cahaya meninggalkan kamera dan kembali adalah kira-kira 33 nanosaat, yang hanya bersamaan dengan 0.000000033 saat! Wah! Apatah lagi, data yang ditangkap akan memberikan anda perwakilan digital 3D yang tepat untuk setiap piksel dalam imej.

Tanpa mengira prinsip yang digunakan, menyediakan sumber cahaya yang menerangi keseluruhan pemandangan membolehkan penderia menentukan kedalaman semua titik. Keputusan sedemikian memberi anda peta jarak di mana setiap piksel mengekodkan jarak ke titik yang sepadan dalam tempat kejadian. Berikut ialah contoh graf julat ToF:

Contoh graf julat ToF

Sekarang kita tahu bahawa ToF berfungsi, mengapa ia bagus? Mengapa menggunakannya? Untuk apa mereka bagus? Jangan risau, terdapat banyak kelebihan menggunakan sensor ToF, tetapi sudah tentu ada beberapa batasan.

3. Faedah menggunakan penderia masa penerbangan

Pengukuran yang tepat dan cepat

Berbanding dengan penderia jarak lain seperti ultrabunyi atau laser, penderia masa penerbangan dapat mengarang imej 3D sesuatu pemandangan dengan cepat. Sebagai contoh, kamera ToF boleh melakukan ini sekali sahaja. Bukan itu sahaja, sensor ToF mampu mengesan objek dengan tepat dalam masa yang singkat dan tidak terjejas oleh kelembapan, tekanan udara dan suhu, menjadikannya sesuai untuk kegunaan dalaman dan luaran.

jarak jauh

Memandangkan penderia ToF menggunakan laser, ia juga mampu mengukur jarak dan julat yang jauh dengan ketepatan yang tinggi. Penderia ToF adalah fleksibel kerana ia dapat mengesan objek dekat dan jauh dari semua bentuk dan saiz.

Ia juga fleksibel dalam erti kata bahawa anda boleh menyesuaikan optik sistem untuk prestasi optimum, di mana anda boleh memilih jenis pemancar dan penerima dan kanta untuk mendapatkan medan pandangan yang diingini.

Keselamatan

Bimbang bahawa laser dariToFsensor akan menyakitkan mata anda? jangan risau! Banyak penderia ToF kini menggunakan laser inframerah berkuasa rendah sebagai sumber cahaya dan memacunya dengan denyutan termodulat. Sensor memenuhi piawaian keselamatan laser Kelas 1 untuk memastikan ia selamat untuk mata manusia.

kos efektif

Berbanding dengan teknologi pengimbasan julat kedalaman 3D lain seperti sistem kamera cahaya berstruktur atau pengintai laser, penderia ToF jauh lebih murah berbanding dengannya.

Walaupun semua batasan ini, ToF masih sangat dipercayai dan kaedah yang sangat pantas untuk menangkap maklumat 3D.

4. Had ToF

Walaupun ToF mempunyai banyak faedah, ia juga mempunyai batasan. Beberapa batasan ToF termasuk:

• Cahaya bertaburan

Jika permukaan yang sangat terang berada sangat dekat dengan penderia ToF anda, ia mungkin menyerakkan terlalu banyak cahaya ke dalam penerima anda dan mencipta artifak dan pantulan yang tidak diingini, kerana penderia ToF anda hanya perlu memantulkan cahaya setelah pengukuran sedia.

• Pantulan berganda

Apabila menggunakan penderia ToF pada sudut dan bentuk cekung, ia boleh menyebabkan pantulan yang tidak diingini, kerana cahaya boleh melantun beberapa kali, memesongkan ukuran.

• Cahaya persekitaran

Menggunakan kamera ToF di luar dalam cahaya matahari yang terang boleh menyukarkan penggunaan luar. Ini disebabkan oleh intensiti cahaya matahari yang tinggi menyebabkan piksel penderia cepat tepu, menjadikannya mustahil untuk mengesan cahaya sebenar yang dipantulkan daripada objek.

• Kesimpulannya

Penderia ToF dankanta ToFboleh digunakan dalam pelbagai aplikasi. Daripada Pemetaan 3D, Automasi Industri, Pengesanan Halangan, Kereta Pandu Sendiri, Pertanian, Robotik, Navigasi Dalaman, Pengecaman Gerak Isyarat, Pengimbasan Objek, Pengukuran, Pengawasan hingga Realiti Diperkukuh! Aplikasi teknologi ToF tidak berkesudahan.

Anda boleh menghubungi kami untuk sebarang keperluan kanta ToF.

Chuang An Optoelektronik memfokuskan pada kanta optik definisi tinggi untuk mencipta jenama visual yang sempurna

Chuang An Optoelektronik kini telah menghasilkan pelbagaikanta TOFseperti:

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