1. Čo je to snímač času letu (ToF)?

Čo je to letová kamera? Je to kamera, ktorá sníma let lietadla? Má to niečo spoločné s lietadlami alebo lietadlami? No to je vlastne ešte ďaleko!

ToF je miera času, ktorý potrebuje objekt, častica alebo vlna na prekonanie určitej vzdialenosti. Vedeli ste, že sonarový systém netopiera funguje? Systém doby letu je podobný!

Existuje mnoho druhov senzorov času letu, ale väčšinou ide o kamery a laserové skenery s časom letu, ktoré využívajú technológiu zvanú lidar (detekcia svetla a rozsah) na meranie hĺbky rôznych bodov v obraze jeho ožiarením. s infračerveným svetlom.

Dáta generované a zachytené pomocou ToF senzorov sú veľmi užitočné, pretože môžu poskytnúť detekciu chodcov, autentifikáciu používateľa na základe čŕt tváre, mapovanie prostredia pomocou algoritmov SLAM (simultánna lokalizácia a mapovanie) a ďalšie.

Tento systém je v skutočnosti široko používaný v robotoch, samoriadiacich autách a teraz aj vo vašom mobilnom zariadení. Ak napríklad používate Huawei P30 Pro, Oppo RX17 Pro, LG G8 ThinQ atď., váš telefón má fotoaparát ToF!

Kamera ToF

2. Ako funguje snímač času letu?

Teraz by sme vám chceli v krátkosti predstaviť, čo je senzor času letu a ako funguje.

ToFsenzory používajú malé lasery na vyžarovanie infračerveného svetla, kde sa výsledné svetlo odráža od akéhokoľvek objektu a vracia sa späť k senzoru. Na základe časového rozdielu medzi emisiou svetla a návratom k senzoru po odraze objektom môže senzor merať vzdialenosť medzi objektom a senzorom.

Dnes preskúmame 2 spôsoby, ako ToF používa čas cesty na určenie vzdialenosti a hĺbky: pomocou časovacích impulzov a pomocou fázového posunu amplitúdovo modulovaných vĺn.

Použite časované impulzy

Funguje to napríklad tak, že sa osvetlí cieľ laserom, potom sa odrazené svetlo zmeria skenerom a potom sa pomocou rýchlosti svetla extrapoluje vzdialenosť objektu na presný výpočet prejdenej vzdialenosti. Okrem toho sa rozdiel v čase návratu lasera a vlnovej dĺžke potom používa na presné digitálne 3D zobrazenie a povrchové vlastnosti cieľa a vizuálne zmapovanie jeho jednotlivých prvkov.

Ako môžete vidieť vyššie, laserové svetlo sa vyžaruje a potom sa odrazí od objektu späť k senzoru. Vďaka času návratu lasera sú kamery ToF schopné merať presné vzdialenosti v krátkom časovom období vzhľadom na rýchlosť pohybu svetla. (ToF sa prevádza na vzdialenosť) Toto je vzorec, ktorý analytik používa, aby dospel k presnej vzdialenosti objektu:

(rýchlosť svetla x čas letu) / 2

ToF sa prevádza na vzdialenosť

Ako vidíte, časovač sa spustí, keď je svetlo vypnuté, a keď prijímač dostane spätné svetlo, časovač vráti čas. Pri dvojnásobnom odčítaní sa získa „čas letu“ svetla a rýchlosť svetla je konštantná, takže vzdialenosť sa dá ľahko vypočítať pomocou vyššie uvedeného vzorca. Týmto spôsobom je možné určiť všetky body na povrchu objektu.

Použite fázový posun AM vlny

Ďalej,ToFmôže tiež použiť nepretržité vlny na detekciu fázového posunu odrazeného svetla na určenie hĺbky a vzdialenosti.

Fázový posun pomocou AM vlny

Moduláciou amplitúdy vytvára sínusový svetelný zdroj so známou frekvenciou, čo umožňuje detektoru určiť fázový posun odrazeného svetla pomocou nasledujúceho vzorca:

kde c je rýchlosť svetla (c = 3 × 10^8 m/s), λ je vlnová dĺžka (λ = 15 m) a f je frekvencia, každý bod na senzore sa dá ľahko vypočítať do hĺbky.

Všetky tieto veci sa dejú veľmi rýchlo, keďže pracujeme rýchlosťou svetla. Viete si predstaviť, s akou presnosťou a rýchlosťou dokážu senzory merať? Uvediem príklad, svetlo sa pohybuje rýchlosťou 300 000 kilometrov za sekundu, ak je objekt od vás vzdialený 5 m, časový rozdiel medzi svetlom opúšťajúcim kameru a návratom je asi 33 nanosekúnd, čo je iba ekvivalent 0,000000033 sekúnd! Páni! Nehovoriac o tom, že zachytené dáta vám poskytnú presnú 3D digitálnu reprezentáciu pre každý pixel v obraze.

Bez ohľadu na použitý princíp, poskytnutie svetelného zdroja, ktorý osvetľuje celú scénu, umožňuje senzoru určiť hĺbku všetkých bodov. Takýto výsledok vám poskytne mapu vzdialenosti, kde každý pixel kóduje vzdialenosť k príslušnému bodu na scéne. Nasleduje príklad grafu rozsahu ToF:

Príklad grafu rozsahu ToF

Teraz, keď vieme, že ToF funguje, prečo je to dobré? Prečo ho používať? Na čo sú dobré? Nebojte sa, používanie snímača ToF má veľa výhod, ale samozrejme existujú určité obmedzenia.

3. Výhody používania snímačov času letu

Presné a rýchle meranie

V porovnaní s inými senzormi vzdialenosti, ako sú ultrazvuk alebo lasery, dokážu senzory času letu veľmi rýchlo poskladať 3D obraz scény. Napríklad kamera ToF to dokáže iba raz. A nielen to, snímač ToF je schopný presne detekovať objekty v krátkom čase a nie je ovplyvnený vlhkosťou, tlakom a teplotou vzduchu, vďaka čomu je vhodný pre vnútorné aj vonkajšie použitie.

veľká vzdialenosť

Keďže snímače ToF využívajú lasery, sú schopné merať aj veľké vzdialenosti a dosahy s vysokou presnosťou. ToF senzory sú flexibilné, pretože sú schopné detekovať blízke aj vzdialené objekty všetkých tvarov a veľkostí.

Je tiež flexibilný v tom zmysle, že ste schopní prispôsobiť optiku systému pre optimálny výkon, kde si môžete vybrať typ vysielača a prijímača a šošovky, aby ste získali požadované zorné pole.

Bezpečnosť

Obáva sa, že laser zToFbude vás senzor bolieť oči? neboj sa! Mnoho snímačov ToF teraz používa nízkovýkonný infračervený laser ako zdroj svetla a poháňa ho modulovanými impulzmi. Senzor spĺňa laserové bezpečnostné normy triedy 1, aby bola zaručená bezpečnosť pre ľudské oko.

nákladovo efektívne

V porovnaní s inými technológiami 3D skenovania s hĺbkovým dosahom, ako sú kamerové systémy so štruktúrovaným svetlom alebo laserové diaľkomery, sú snímače ToF v porovnaní s nimi oveľa lacnejšie.

Napriek všetkým týmto obmedzeniam je ToF stále veľmi spoľahlivý a veľmi rýchly spôsob zachytávania 3D informácií.

4. Obmedzenia ToF

Aj keď má ToF veľa výhod, má aj obmedzenia. Niektoré z obmedzení ToF zahŕňajú:

• Rozptýlené svetlo

Ak sú veľmi svetlé povrchy veľmi blízko vášho ToF senzora, môžu rozptýliť príliš veľa svetla do vášho prijímača a vytvárať artefakty a nežiaduce odrazy, pretože váš ToF senzor potrebuje odrážať svetlo len vtedy, keď je meranie pripravené.

• Viacnásobné odrazy

Pri použití snímačov ToF na rohoch a konkávnych tvaroch môžu spôsobiť nežiaduce odrazy, pretože svetlo sa môže viacnásobne odraziť a skresliť meranie.

• Okolité svetlo

Používanie kamery ToF vonku pri jasnom slnečnom svetle môže sťažiť používanie vonku. Je to spôsobené vysokou intenzitou slnečného žiarenia, ktoré spôsobuje rýchle nasýtenie pixelov snímača, čo znemožňuje detekovať skutočné svetlo odrazené od objektu.

• Záver

ToF senzory aObjektív ToFmožno použiť v rôznych aplikáciách. Od 3D mapovania, priemyselnej automatizácie, detekcie prekážok, samoriadiacich áut, poľnohospodárstva, robotiky, interiérovej navigácie, rozpoznávania gest, skenovania objektov, meraní, sledovania až po rozšírenú realitu! Aplikácie technológie ToF sú nekonečné.

V prípade akýchkoľvek potrieb ToF šošoviek nás môžete kontaktovať.

Chuang An Optoelectronics sa zameriava na optické šošovky s vysokým rozlíšením, aby vytvorila dokonalú vizuálnu značku

Chuang An Optoelectronics teraz vyrába rôzneTOF šošovkyako napríklad:

CH3651A f3,6mm F1,2 1/2″ IR850nm

CH3651B f3,6mm F1,2 1/2″ IR940nm

CH3652A f3,3 mm F1,1 1/3″ IR850nm

CH3652B f3,3 mm F1,1 1/3″ IR940nm

CH3653A f3,9 mm F1,1 1/3″ IR850nm

CH3653B f3,9 mm F1,1 1/3″ IR940nm

CH3654A f5,0 mm F1,1 1/3″ IR850nm

CH3654B f5,0 mm F1,1 1/3″ IR940nm