1. O que é um sensor de tempo de voo (TOF)?

O que é uma câmera de tempo de voo? É a câmera que captura o vôo do avião? Tem algo a ver com aviões ou aviões? Bem, é realmente um longo caminho!

O TOF é uma medida do tempo que leva para um objeto, partícula ou onda para percorrer uma distância. Você sabia que o sistema de sonar de um morcego funciona? O sistema de tempo de voo é semelhante!

Existem muitos tipos de sensores de tempo de voo, mas a maioria são câmeras e scanners de laser no tempo de voo, que usam uma tecnologia chamada Lidar (detecção de luz e variação) para medir a profundidade de vários pontos em uma imagem, brilhando com luz infravermelha.

Os dados gerados e capturados usando sensores TOF são muito úteis, pois podem fornecer detecção de pedestres, autenticação do usuário com base em recursos faciais, mapeamento de ambiente usando algoritmos SLAM (localização e mapeamento simultâneos) e muito mais.

Esse sistema é realmente amplamente utilizado em robôs, carros autônomos e até agora o seu dispositivo móvel. Por exemplo, se você estiver usando o Huawei P30 Pro, Oppo Rx17 Pro, LG G8 ThinQ, etc., seu telefone possui uma câmera TOF!

Uma câmera TOF

2. Como funciona o sensor de tempo de voo?

Agora, gostaríamos de dar uma breve introdução do que é um sensor de tempo de voo e como ele funciona.

TofOs sensores usam lasers minúsculos para emitir luz infravermelha, onde a luz resultante salta qualquer objeto e retorna ao sensor. Com base na diferença de tempo entre a emissão de luz e o retorno ao sensor após ser refletido pelo objeto, o sensor pode medir a distância entre o objeto e o sensor.

Hoje, exploraremos duas maneiras de como o TOF usa o tempo de viagem para determinar a distância e a profundidade: usando pulsos de tempo e a mudança de fase de ondas moduladas por amplitude.

Use pulsos cronometrados

Por exemplo, ele funciona iluminando um alvo com um laser, depois medindo a luz refletida com um scanner e, em seguida, usando a velocidade da luz para extrapolar a distância do objeto para calcular com precisão a distância percorrida. Além disso, a diferença no tempo de retorno e o comprimento de onda do laser é usada para fazer uma representação 3D digital precisa e os recursos da superfície do alvo e mapear visualmente seus recursos individuais.

Como você pode ver acima, a luz do laser é disparada e depois pula do objeto de volta ao sensor. Com o tempo de retorno do laser, as câmeras TOF podem medir distâncias precisas em um curto período de tempo, dada a velocidade da viagem leve. (TOF converte em distância) Esta é a fórmula que um analista usa para chegar à distância exata de um objeto:

(velocidade da luz x tempo de voo) / 2

TOF se converte em distância

Como você pode ver, o temporizador começará enquanto a luz estiver desligada e, quando o receptor receber a luz de retorno, o temporizador retornará o tempo. Ao subtrair duas vezes, o “tempo de vôo” da luz é obtido e a velocidade da luz é constante, para que a distância possa ser facilmente calculada usando a fórmula acima. Dessa maneira, todos os pontos na superfície do objeto podem ser determinados.

Use a mudança de fase da onda AM

Em seguida, oTofTambém pode usar ondas contínuas para detectar a mudança de fase da luz refletida para determinar a profundidade e a distância.

Mudança de fase usando o onda AM

Ao modular a amplitude, ele cria uma fonte de luz sinusoidal com uma frequência conhecida, permitindo que o detector determine a mudança de fase da luz refletida usando a seguinte fórmula:

Onde C é a velocidade da luz (C = 3 × 10^8 m/s), λ é um comprimento de onda (λ = 15 m) e F é a frequência, cada ponto no sensor pode ser facilmente calculado em profundidade.

Todas essas coisas acontecem muito rápido enquanto trabalhamos na velocidade da luz. Você pode imaginar a precisão e a velocidade com que os sensores são capazes de medir? Deixe -me dar um exemplo, a luz viaja a uma velocidade de 300.000 quilômetros por segundo, se um objeto estiver a 5m de distância de você, a diferença horária entre a luz que deixa a câmera e o retorno é de cerca de 33 nanossegundos, o que é equivalente a 0,000000033 segundos! Uau! Sem mencionar, os dados capturados fornecerão uma representação digital 3D precisa para cada pixel da imagem.

Independentemente do princípio usado, fornecendo uma fonte de luz que ilumina toda a cena permite que o sensor determine a profundidade de todos os pontos. Tal resultado fornece um mapa de distância em que cada pixel codifica a distância até o ponto correspondente na cena. A seguir, é apresentado um exemplo de um gráfico de intervalo TOF:

Um exemplo de um gráfico de intervalo TOF

Agora que sabemos que o TOF funciona, por que é bom? Por que usá -lo? Para que eles são bons? Não se preocupe, há muitas vantagens em usar um sensor de TOF, mas é claro que existem algumas limitações.

3. Os benefícios do uso de sensores de tempo de voo

Medição precisa e rápida

Comparados a outros sensores de distância, como ultrassom ou lasers, os sensores de tempo de voo são capazes de compor uma imagem 3D de uma cena muito rapidamente. Por exemplo, uma câmera TOF pode fazer isso apenas uma vez. Além disso, o sensor TOF é capaz de detectar objetos com precisão em pouco tempo e não é afetado pela umidade, pressão do ar e temperatura, tornando -o adequado para uso interno e externo.

longa distância

Como os sensores de TOF usam lasers, eles também são capazes de medir longas distâncias e faixas com alta precisão. Os sensores de TOF são flexíveis porque são capazes de detectar objetos próximos e distantes de todas as formas e tamanhos.

Também é flexível no sentido de que você é capaz de personalizar a óptica do sistema para obter desempenho ideal, onde você pode escolher os tipos e lentes de transmissor e receptor para obter o campo de visão desejado.

Segurança

Preocupado que o laser doTofO sensor vai machucar seus olhos? não se preocupe! Muitos sensores de TOF agora usam um laser infravermelho de baixa potência como fonte de luz e o acionam com pulsos modulados. O sensor atende aos padrões de segurança a laser da Classe 1 para garantir que seja seguro para o olho humano.

econômico

Comparados a outras tecnologias de varredura de faixa de profundidade 3D, como sistemas de câmera de luz estruturada ou falhas de laser, os sensores de TOF são muito mais baratos em comparação com eles.

Apesar de todas essas limitações, o TOF ainda é muito confiável e um método muito rápido de capturar informações em 3D.

4. Limitações de TOF

Embora o TOF tenha muitos benefícios, ele também tem limitações. Algumas das limitações do TOF incluem:

• Luz espalhada

Se as superfícies muito brilhantes estiverem muito próximas ao seu sensor de TOF, elas podem espalhar muita luz no seu receptor e criar artefatos e reflexões indesejadas, pois seu sensor de TOF só precisa refletir a luz quando a medição estiver pronta.

• Múltiplas reflexões

Ao usar sensores de TOF nos cantos e formas côncavas, eles podem causar reflexões indesejadas, pois a luz pode saltar várias vezes, distorcendo a medição.

• Luz ambiente

O uso da câmera TOF ao ar livre sob luz solar brilhante pode dificultar o uso ao ar livre. Isso se deve à alta intensidade da luz solar, fazendo com que os pixels do sensor satate rapidamente, tornando impossível detectar a luz real refletida no objeto.

• A conclusão

TOF sensores eTOF lentepode ser usado em uma variedade de aplicações. Do mapeamento 3D, automação industrial, detecção de obstáculos, carros autônomos, agricultura, robótica, navegação interna, reconhecimento de gestos, varredura de objetos, medições, vigilância para realidade aumentada! As aplicações da tecnologia TOF são infinitas.

Você pode entrar em contato conosco para obter necessidades de lentes TOF.

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CH3651B F3.6MM F1.2 1/2 ″ IR940NM

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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