1. Hva er en flytidssensor (ToF)?

Hva er et flytidskamera? Er det kameraet som fanger flyturen til flyet? Har det noe med fly eller fly å gjøre? Vel, det er faktisk langt igjen!

ToF er et mål på tiden det tar for en gjenstand, partikkel eller bølge å reise en avstand. Visste du at flaggermusens sonarsystem fungerer? Time-of-flight-systemet er likt!

Det finnes mange typer flytidssensorer, men de fleste er flytidskameraer og laserskannere, som bruker en teknologi kalt lidar (lysdeteksjon og rekkevidde) for å måle dybden til forskjellige punkter i et bilde ved å skinne det. med infrarødt lys.

Data generert og fanget opp ved hjelp av ToF-sensorer er svært nyttig ettersom de kan gi fotgjengerdeteksjon, brukerautentisering basert på ansiktstrekk, miljøkartlegging ved hjelp av SLAM (samtidig lokalisering og kartlegging) algoritmer, og mer.

Dette systemet er faktisk mye brukt i roboter, selvkjørende biler og til og med din mobile enhet. Hvis du for eksempel bruker Huawei P30 Pro, Oppo RX17 Pro, LG G8 ThinQ, etc., har telefonen et ToF-kamera!

Et ToF-kamera

2. Hvordan fungerer flytidssensoren?

Nå vil vi gi en kort introduksjon av hva en flytidssensor er og hvordan den fungerer.

ToFsensorer bruker bittesmå lasere til å sende ut infrarødt lys, der det resulterende lyset spretter av ethvert objekt og går tilbake til sensoren. Basert på tidsforskjellen mellom emisjonen av lys og returen til sensoren etter å ha blitt reflektert av objektet, kan sensoren måle avstanden mellom objektet og sensoren.

I dag vil vi utforske 2 måter hvordan ToF bruker reisetid for å bestemme avstand og dybde: ved å bruke tidspulser, og ved å bruke faseforskyvning av amplitudemodulerte bølger.

Bruk tidsbestemte pulser

For eksempel fungerer det ved å belyse et mål med en laser, deretter måle det reflekterte lyset med en skanner, og deretter bruke lysets hastighet til å ekstrapolere avstanden til objektet for å nøyaktig beregne avstanden som er tilbakelagt. I tillegg blir forskjellen i laserreturtid og bølgelengde så brukt til å lage en nøyaktig digital 3D-representasjon og overflatetrekk av målet, og visuelt kartlegge dets individuelle egenskaper.

Som du kan se ovenfor, skytes laserlys ut og spretter deretter av objektet tilbake til sensoren. Med laserreturtiden er ToF-kameraer i stand til å måle nøyaktige avstander på kort tid gitt lysets hastighet. (ToF konverterer til avstand) Dette er formelen en analytiker bruker for å komme frem til den nøyaktige avstanden til et objekt:

(lyshastighet x flytid) / 2

ToF konverterer til avstand

Som du kan se vil timeren starte mens lyset er av, og når mottakeren mottar returlyset vil timeren returnere tiden. Når du trekker fra to ganger, oppnås "flytiden" for lys, og lysets hastighet er konstant, så avstanden kan enkelt beregnes ved hjelp av formelen ovenfor. På denne måten kan alle punkter på overflaten av objektet bestemmes.

Bruk faseforskyvningen til AM-bølgen

Neste, denToFkan også bruke kontinuerlige bølger for å oppdage faseforskyvningen til det reflekterte lyset for å bestemme dybde og avstand.

Faseskift ved bruk av AM-bølge

Ved å modulere amplituden, skaper den en sinusformet lyskilde med en kjent frekvens, slik at detektoren kan bestemme faseforskyvningen til det reflekterte lyset ved å bruke følgende formel:

hvor c er lysets hastighet (c = 3 × 10^8 m/s), λ er en bølgelengde (λ = 15 m), og f er frekvensen, kan hvert punkt på sensoren enkelt beregnes i dybden.

Alle disse tingene skjer veldig fort når vi jobber med lysets hastighet. Kan du forestille deg nøyaktigheten og hastigheten som sensorer er i stand til å måle? La meg gi et eksempel, lys beveger seg med en hastighet på 300 000 kilometer per sekund, hvis et objekt er 5m unna deg, er tidsforskjellen mellom lyset som forlater kameraet og returnerer omtrent 33 nanosekunder, som bare tilsvarer 0,000000033 sekunder! Wow! For ikke å nevne, de fangede dataene vil gi deg en nøyaktig 3D digital representasjon for hver piksel i bildet.

Uavhengig av prinsippet som brukes, kan sensoren bestemme dybden til alle punkter ved å gi en lyskilde som lyser opp hele scenen. Et slikt resultat gir deg et avstandskart der hver piksel koder avstanden til det tilsvarende punktet i scenen. Følgende er et eksempel på en ToF-områdegraf:

Et eksempel på en ToF-områdegraf

Nå som vi vet at ToF fungerer, hvorfor er det bra? Hvorfor bruke det? Hva er de gode for? Ikke bekymre deg, det er mange fordeler med å bruke en ToF-sensor, men det er selvfølgelig noen begrensninger.

3. Fordelene ved å bruke flytidssensorer

Nøyaktig og rask måling

Sammenlignet med andre avstandssensorer som ultralyd eller lasere, er flytidssensorer i stand til å komponere et 3D-bilde av en scene veldig raskt. For eksempel kan et ToF-kamera bare gjøre dette én gang. Ikke nok med det, ToF-sensoren er i stand til å oppdage gjenstander nøyaktig på kort tid og påvirkes ikke av fuktighet, lufttrykk og temperatur, noe som gjør den egnet for både innendørs og utendørs bruk.

lang avstand

Siden ToF-sensorer bruker lasere, er de også i stand til å måle lange avstander og rekkevidder med høy nøyaktighet. ToF-sensorer er fleksible fordi de er i stand til å oppdage nære og fjerne objekter av alle former og størrelser.

Det er også fleksibelt i den forstand at du er i stand til å tilpasse optikken til systemet for optimal ytelse, hvor du kan velge sender- og mottakertyper og linser for å få ønsket synsfelt.

Sikkerhet

Bekymret for at laseren fraToFvil sensoren skade øynene dine? ikke bekymre deg! Mange ToF-sensorer bruker nå en laveffekts infrarød laser som lyskilde og driver den med modulerte pulser. Sensoren oppfyller klasse 1 lasersikkerhetsstandarder for å sikre at den er trygg for det menneskelige øyet.

kostnadseffektivt

Sammenlignet med andre skanningsteknologier for 3D-dybdeområder som strukturerte lyskamerasystemer eller laseravstandsmålere, er ToF-sensorer mye billigere sammenlignet med dem.

Til tross for alle disse begrensningene, er ToF fortsatt veldig pålitelig og en veldig rask metode for å fange 3D-informasjon.

4. Begrensninger av ToF

Selv om ToF har mange fordeler, har det også begrensninger. Noen av begrensningene til ToF inkluderer:

• Spredt lys

Hvis svært lyse overflater er veldig nær ToF-sensoren, kan de spre for mye lys inn i mottakeren og skape artefakter og uønskede refleksjoner, siden ToF-sensoren bare trenger å reflektere lyset når målingen er klar.

• Flere refleksjoner

Når du bruker ToF-sensorer på hjørner og konkave former, kan de forårsake uønskede refleksjoner, da lyset kan sprette av flere ganger og forvrenge målingen.

• Omgivelseslys

Bruk av ToF-kameraet utendørs i sterkt sollys kan gjøre utendørs bruk vanskelig. Dette skyldes den høye intensiteten av sollys som gjør at sensorpiksler raskt mettes, noe som gjør det umulig å oppdage det faktiske lyset som reflekteres fra objektet.

• Konklusjonen

ToF sensorer ogToF-objektivkan brukes i en rekke applikasjoner. Fra 3D-kartlegging, industriell automasjon, hindringsdeteksjon, selvkjørende biler, landbruk, robotikk, innendørsnavigasjon, bevegelsesgjenkjenning, objektskanning, målinger, overvåking til utvidet virkelighet! Anvendelsene av ToF-teknologi er uendelige.

Du kan kontakte oss for alle behov for ToF-linser.

Chuang An Optoelectronics fokuserer på optiske linser med høy oppløsning for å skape et perfekt visuelt merke

Chuang An Optoelectronics har nå produsert en rekkeTOF linserslik som:

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