1. Co to jest czujnik czasu lotu (TOF)?

Co to jest aparat czasowy? Czy to aparat, który przechwytuje lot samolotu? Czy ma to coś wspólnego z samolotami lub samolotami? Cóż, to właściwie daleko!

TOF jest miarą czasu potrzebnego na obiekt, cząstkę lub falę przebywać w odległości. Czy wiesz, że system sonaru nietoperza działa? System czasu lotu jest podobny!

Istnieje wiele rodzajów czujników czasu lotu, ale większość z nich to kamery i skanery laserowe, które wykorzystują technologię o nazwie Lidar (wykrywanie światła i zakres), aby zmierzyć głębokość różnych punktów na obrazie, lśniąc ze światłem podczerwieni.

Dane wygenerowane i przechwycone przy użyciu czujników TOF są bardzo przydatne, ponieważ może zapewnić wykrywanie pieszych, uwierzytelnianie użytkownika w oparciu o funkcje twarzy, mapowanie środowiska za pomocą algorytmów SLAM (jednoczesna lokalizacja i mapowanie) i więcej.

Ten system jest w rzeczywistości szeroko stosowany w robotach, samochodach samojezdnych, a nawet teraz Twojego urządzenia mobilnego. Na przykład, jeśli używasz Huawei P30 Pro, Oppo RX17 Pro, LG G8 Thinq itp., Twój telefon ma aparat TOF!

Kamera tof

2. Jak działa czujnik czasu lotu?

Teraz chcielibyśmy krótkie wprowadzenie tego, czym jest czujnik czasu lotu i jak działa.

TofCzujniki używają małych laserów do emitowania światła podczerwieni, gdzie powstałe światło odbija się od dowolnego obiektu i powraca do czujnika. W oparciu o różnicę czasu między emisją światła a powrotem do czujnika po odbiciu przez obiekt, czujnik może mierzyć odległość między obiektem a czujnikiem.

Dzisiaj zbadamy 2 sposoby, w jaki TOF wykorzystuje czas podróży do określenia odległości i głębokości: stosowanie impulsów czasowych i stosowanie zmieniających fazę fal modulowanych amplitudą.

Użyj impulsów czasowych

Na przykład działa poprzez oświetlenie celu laserem, a następnie pomiar światła odbitego ze skanerem, a następnie używając prędkości światła do ekstrapolacji odległości obiektu, aby precyzyjnie obliczyć przebytą odległość. Ponadto różnica w czasie powrotu lasera i długości fali jest następnie wykorzystywana do wykonania dokładnej cyfrowej reprezentacji 3D i funkcji powierzchni celu oraz wizualnie mapowania jego poszczególnych cech.

Jak widać powyżej, laserowe światło jest wystrzelone, a następnie odbija obiekt z powrotem do czujnika. W czasie powrotu lasera kamery TOF są w stanie mierzyć dokładne odległości w krótkim czasie, biorąc pod uwagę prędkość podróży lekkich. (TOF konwertuje na odległość) Jest to wzór, którego analityk używa do osiągnięcia dokładnej odległości obiektu:

(prędkość światła x czas lotu) / 2

TOF przekształca się w odległość

Jak widać, timer rozpocznie się, gdy światło jest wyłączone, a gdy odbiornik odbędzie światło powrotne, timer zwróci czas. Podczas odejmowania dwukrotnie uzyskiwana jest „czas lotu” światła, a prędkość światła jest stała, więc odległość można łatwo obliczyć za pomocą powyższego wzoru. W ten sposób można określić wszystkie punkty na powierzchni obiektu.

Użyj przesunięcia fazowej fali AM

NastępnieTofmoże również używać fal ciągłych do wykrycia przesunięcia fazowego światła odbitego w celu określenia głębokości i odległości.

Przesunięcie fazowe za pomocą fali AM

Modulując amplitudę, tworzy sinusoidalne źródło światła o znanej częstotliwości, umożliwiając detektorowi określenie przesunięcia fazowego światła odbitego za pomocą następującego wzoru:

gdzie C jest prędkością światła (C = 3 × 10^8 m/s), λ jest długością fali (λ = 15 m), a F jest częstotliwością, każdy punkt na czujniku można łatwo obliczyć w głębokości.

Wszystkie te rzeczy dzieją się bardzo szybko, gdy pracujemy z prędkością światła. Czy możesz sobie wyobrazić precyzję i prędkość, z którymi czujniki są w stanie zmierzyć? Pozwól, że podam przykład, światło podróżuje z prędkością 300 000 kilometrów na sekundę, jeśli obiekt znajduje się od ciebie 5 m, różnica czasu między światłem opuszczającym kamerę a powracaniem wynosi około 33 nanosekund, co odpowiada tylko 0,000000033 sekundy! Wow! Nie wspominając o tym, że przechwycone dane zapewnią dokładną reprezentację cyfrową 3D dla każdego piksela na obrazie.

Niezależnie od zastosowanej zasady, podanie źródła światła, które oświetla całą scenę, pozwala czujnikowi określić głębokość wszystkich punktów. Taki wynik daje mapę odległości, w której każdy piksel koduje odległość do odpowiedniego punktu na scenie. Poniżej znajduje się przykład wykresu zakresu TOF:

Przykład wykresu zakresu TOF

Teraz, gdy wiemy, że TOF działa, dlaczego to jest dobre? Po co go używać? Do czego są dobre? Nie martw się, używanie czujnika TOF ma wiele zalet, ale oczywiście istnieją pewne ograniczenia.

3. Korzyści z korzystania z czujników czasu lotu

Dokładny i szybki pomiar

W porównaniu z innymi czujnikami odległości, takimi jak ultradźwięki lub lasery, czujniki czasu lotu są w stanie bardzo szybko skomponować obraz 3D sceny. Na przykład kamera TOF może to zrobić tylko raz. Co więcej, czujnik TOF jest w stanie dokładnie wykryć obiekty w krótkim czasie i nie ma na to wpływu wilgotność, ciśnienie powietrza i temperatura, co czyni go odpowiednim zarówno do użytku wewnętrznego, jak i zewnętrznego.

Długa dystans

Ponieważ czujniki TOF używają laserów, są one również zdolne do pomiaru długich odległości i zakresów z dużą dokładnością. Czujniki TOF są elastyczne, ponieważ są w stanie wykryć blisko i dalekie obiekty wszystkich kształtów i rozmiarów.

Jest to również elastyczne w tym sensie, że możesz dostosować optykę systemu w celu uzyskania optymalnej wydajności, w której możesz wybrać typy i soczewki odbiorników, aby uzyskać pożądane pole widzenia.

Bezpieczeństwo

Martwiłem się, że laser zTofczujnik zrani twoje oczy? Nie martw się! Wiele czujników TOF używa teraz lasera podczerwieni o niskiej mocy jako źródła światła i napędza go modulowanymi impulsami. Czujnik spełnia standardy bezpieczeństwa lasera klasy 1, aby zapewnić, że jest bezpieczny dla ludzkiego oka.

opłacalne

W porównaniu z innymi technologii skanowania zasięgu głębokości 3D, takimi jak systemy strukturalnych kamer świetlnych lub zasięg laserowych, czujniki TOF są znacznie tańsze w porównaniu z nimi.

Pomimo tych wszystkich ograniczeń, TOF jest nadal bardzo niezawodny i jest bardzo szybką metodą przechwytywania informacji 3D.

4. Ograniczenia TOF

Chociaż TOF ma wiele korzyści, ma również ograniczenia. Niektóre ograniczenia TOF obejmują:

• Rozproszone światło

Jeśli bardzo jasne powierzchnie są bardzo blisko czujnika TOF, mogą one rozprzestrzeniać zbyt dużo światła do odbiornika i tworzyć artefakty i niechciane odbicia, ponieważ czujnik TOF musi odzwierciedlać światło, gdy pomiar będzie gotowy.

• Wiele refleksji

Podczas korzystania z czujników TOF na zakątkach i wklęsłej kształtach mogą one powodować niechciane odbicia, ponieważ światło może odbić się wiele razy, zniekształcając pomiar.

• Światło otoczenia

Korzystanie z aparatu TOF na zewnątrz w jasnym świetle słonecznym może utrudniać użytkowanie na zewnątrz. Wynika to z wysokiej intensywności światła słonecznego powodującego szybkie nasycenie czujników, co uniemożliwia wykrycie rzeczywistego światła odbitego z obiektu.

• Wniosek

Czujniki TOF iSoczewka TOFMoże być używany w różnych aplikacjach. Od mapowania 3D, automatyzacji przemysłowej, wykrywania przeszkód, samochodów samojezdnych, rolnictwa, robotyki, nawigacji wewnętrznej, rozpoznawania gestów, skanowania obiektów, pomiarów, nadzoru w zakresie rzeczywistości rozszerzonej! Zastosowania technologii TOF są nieograniczone.

Możesz skontaktować się z nami w sprawie wszelkich potrzeb soczewek TOF.

Chuang An Optoelectronics koncentruje się na obiektywach optycznych o wysokiej rozdzielczości, aby stworzyć idealną markę wizualną

Chuang i optoelektronika wyprodukowała teraz różnorodnośćSoczewki TOFjak na przykład:

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 F3.9 mm 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