1. Ce este un senzor de timp de zbor (ToF)?

Ce este o cameră cu timp de zbor? Este camera care surprinde zborul avionului? Are vreo legătură cu avioanele sau cu avioanele? Ei bine, de fapt e departe!

ToF este o măsură a timpului necesar unui obiect, particulă sau undă pentru a parcurge o distanță. Știați că sistemul sonar al unui liliac funcționează? Sistemul de timp de zbor este similar!

Există multe tipuri de senzori de timp de zbor, dar majoritatea sunt camere cu timp de zbor și scanere cu laser, care folosesc o tehnologie numită lidar (detecția și măsurarea luminii) pentru a măsura adâncimea diferitelor puncte dintr-o imagine prin strălucirea acesteia. cu lumină infraroșie.

Datele generate și capturate cu ajutorul senzorilor ToF sunt foarte utile, deoarece pot oferi detectarea pietonilor, autentificarea utilizatorului pe baza trăsăturilor faciale, cartografierea mediului folosind algoritmi SLAM (localizare și cartografiere simultană) și multe altele.

Acest sistem este de fapt utilizat pe scară largă în roboți, mașini cu conducere autonomă și chiar și acum în dispozitivul tău mobil. De exemplu, dacă utilizați Huawei P30 Pro, Oppo RX17 Pro, LG G8 ThinQ etc., telefonul dvs. are o cameră ToF!

O cameră ToF

2. Cum funcționează senzorul de timp de zbor?

Acum, am dori să facem o scurtă introducere a ce este un senzor de timp de zbor și cum funcționează.

ToFsenzorii folosesc lasere minuscule pentru a emite lumină infraroșie, unde lumina rezultată sare de orice obiect și revine la senzor. Pe baza diferenței de timp dintre emisia de lumină și revenirea la senzor după ce a fost reflectat de obiect, senzorul poate măsura distanța dintre obiect și senzor.

Astăzi, vom explora două moduri în care ToF folosește timpul de călătorie pentru a determina distanța și adâncimea: folosind impulsuri de sincronizare și folosind defazarea undelor modulate în amplitudine.

Folosiți impulsuri cronometrate

De exemplu, funcționează prin iluminarea unei ținte cu un laser, apoi măsurarea luminii reflectate cu un scaner și apoi folosind viteza luminii pentru a extrapola distanța obiectului pentru a calcula cu precizie distanța parcursă. În plus, diferența de timp de revenire a laserului și lungimea de undă este apoi utilizată pentru a realiza o reprezentare digitală 3D precisă și a caracteristicilor de suprafață ale țintei și pentru a mapa vizual caracteristicile sale individuale.

După cum puteți vedea mai sus, lumina laser este aprinsă și apoi sare din obiect înapoi la senzor. Cu timpul de întoarcere a laserului, camerele ToF sunt capabile să măsoare distanțe precise într-o perioadă scurtă de timp, având în vedere viteza de deplasare a luminii. (ToF se convertește în distanță) Aceasta este formula pe care o folosește un analist pentru a ajunge la distanța exactă a unui obiect:

(viteza luminii x timpul zborului) / 2

ToF se convertește în distanță

După cum puteți vedea, temporizatorul va porni în timp ce lumina este stinsă, iar când receptorul primește lumina de întoarcere, temporizatorul va reveni la ora. La scăderea de două ori, se obține „timpul de zbor” al luminii, iar viteza luminii este constantă, astfel încât distanța poate fi calculată cu ușurință folosind formula de mai sus. În acest fel, toate punctele de pe suprafața obiectului pot fi determinate.

Utilizați schimbarea de fază a undei AM

În continuare, celToFpoate folosi, de asemenea, unde continue pentru a detecta schimbarea de fază a luminii reflectate pentru a determina adâncimea și distanța.

Schimbarea de fază folosind unda AM

Prin modularea amplitudinii, se creează o sursă de lumină sinusoidală cu o frecvență cunoscută, permițând detectorului să determine defazajul luminii reflectate folosind următoarea formulă:

unde c este viteza luminii (c = 3 × 10^8 m/s), λ este o lungime de undă (λ = 15 m) și f este frecvența, fiecare punct de pe senzor poate fi calculat cu ușurință în profunzime.

Toate aceste lucruri se întâmplă foarte repede, deoarece lucrăm cu viteza luminii. Vă puteți imagina precizia și viteza cu care senzorii sunt capabili să măsoare? Permiteți-mi să dau un exemplu, lumina călătorește cu o viteză de 300.000 de kilometri pe secundă, dacă un obiect se află la 5 m distanță de tine, diferența de timp dintre lumina care părăsește camera și se întoarce este de aproximativ 33 de nanosecunde, ceea ce este echivalent doar cu 0,000000033 secunde! Wow! Ca să nu mai vorbim, datele capturate vă vor oferi o reprezentare digitală 3D precisă pentru fiecare pixel din imagine.

Indiferent de principiul utilizat, furnizarea unei surse de lumină care iluminează întreaga scenă permite senzorului să determine adâncimea tuturor punctelor. Un astfel de rezultat vă oferă o hartă a distanței în care fiecare pixel codifică distanța până la punctul corespunzător din scenă. Următorul este un exemplu de grafic al intervalului ToF:

Un exemplu de grafic al intervalului ToF

Acum că știm că ToF funcționează, de ce este bine? De ce să-l folosești? La ce sunt bune? Nu vă faceți griji, există multe avantaje în utilizarea unui senzor ToF, dar, desigur, există anumite limitări.

3. Beneficiile utilizării senzorilor de timp de zbor

Măsurare precisă și rapidă

În comparație cu alți senzori de distanță, cum ar fi ultrasunetele sau laserele, senzorii de timp de zbor sunt capabili să compună o imagine 3D a unei scene foarte rapid. De exemplu, o cameră ToF poate face acest lucru o singură dată. Nu numai că, senzorul ToF este capabil să detecteze obiectele cu acuratețe într-un timp scurt și nu este afectat de umiditate, presiunea aerului și temperatură, făcându-l potrivit atât pentru utilizare în interior, cât și în exterior.

distanta lunga

Deoarece senzorii ToF folosesc lasere, aceștia sunt, de asemenea, capabili să măsoare distanțe lungi și intervale cu mare precizie. Senzorii ToF sunt flexibili deoarece sunt capabili să detecteze obiecte apropiate și îndepărtate de toate formele și dimensiunile.

De asemenea, este flexibil în sensul că puteți personaliza optica sistemului pentru performanțe optime, unde puteți alege tipurile de emițător și receptor și lentile pentru a obține câmpul vizual dorit.

Siguranţă

Îngrijorat că laserul de laToFsenzorul vă va răni ochii? nu vă faceți griji! Mulți senzori ToF folosesc acum un laser infraroșu de putere redusă ca sursă de lumină și îl conduc cu impulsuri modulate. Senzorul îndeplinește standardele de siguranță cu laser Clasa 1 pentru a se asigura că este sigur pentru ochiul uman.

rentabil

În comparație cu alte tehnologii de scanare a intervalului de adâncime 3D, cum ar fi sistemele de camere cu lumină structurată sau telemetrul laser, senzorii ToF sunt mult mai ieftini în comparație cu aceștia.

În ciuda tuturor acestor limitări, ToF este încă foarte fiabil și o metodă foarte rapidă de captare a informațiilor 3D.

4. Limitările ToF

Deși ToF are multe beneficii, are și limitări. Unele dintre limitările ToF includ:

• Lumină împrăștiată

Dacă suprafețele foarte luminoase sunt foarte aproape de senzorul ToF, acestea pot împrăștia prea multă lumină în receptor și pot crea artefacte și reflexii nedorite, deoarece senzorul ToF trebuie să reflecte lumina doar după ce măsurarea este gata.

• Reflexii multiple

Când folosiți senzori ToF pe colțuri și forme concave, aceștia pot provoca reflexii nedorite, deoarece lumina poate sări de mai multe ori, distorsionând măsurarea.

• Lumina ambientala

Utilizarea camerei ToF în aer liber în lumina puternică a soarelui poate face dificilă utilizarea în aer liber. Acest lucru se datorează intensității ridicate a luminii solare care determină saturarea rapidă a pixelilor senzorului, făcând imposibilă detectarea luminii reale reflectate de obiect.

• Concluzia

senzori ToF șiLentila ToFpoate fi folosit într-o varietate de aplicații. De la cartografiere 3D, automatizare industrială, detectarea obstacolelor, mașini autonome, agricultură, robotică, navigație în interior, recunoaștere gestuală, scanare obiecte, măsurători, supraveghere până la realitate augmentată! Aplicațiile tehnologiei ToF sunt nesfârșite.

Ne puteți contacta pentru orice nevoie de lentile ToF.

Chuang An Optoelectronics se concentrează pe lentile optice de înaltă definiție pentru a crea un brand vizual perfect

Chuang An Optoelectronics a produs acum o varietate deLentile TOFca:

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