1. Kaj je senzor časa leta (ToF)?

Kaj je kamera za merjenje časa leta? Je kamera tista, ki posname let letala? Ima to kaj opraviti z letali ali letali? No, pravzaprav je daleč!

ToF je merilo časa, ki je potreben, da predmet, delec ali val prepotuje razdaljo. Ste vedeli, da netopirjev sonar deluje? Sistem časa letenja je podoben!

Obstaja veliko vrst senzorjev za merjenje časa leta, večina pa je kamer za merjenje časa leta in laserskih skenerjev, ki uporabljajo tehnologijo, imenovano lidar (zaznavanje in določanje obsega svetlobe), za merjenje globine različnih točk na sliki tako, da jo osvetlijo. z infrardečo svetlobo.

Podatki, ustvarjeni in zajeti s senzorji ToF, so zelo uporabni, saj lahko zagotovijo zaznavanje pešcev, avtentikacijo uporabnika na podlagi obraznih potez, kartiranje okolja z algoritmi SLAM (hkratna lokalizacija in kartiranje) in še več.

Ta sistem se dejansko pogosto uporablja v robotih, samovozečih avtomobilih in celo zdaj v vaši mobilni napravi. Na primer, če uporabljate Huawei P30 Pro, Oppo RX17 Pro, LG G8 ThinQ itd., ima vaš telefon kamero ToF!

Kamera ToF

2. Kako deluje senzor časa leta?

Sedaj pa bi radi na kratko predstavili, kaj je senzor časa leta in kako deluje.

ToFsenzorji uporabljajo majhne laserje za oddajanje infrardeče svetlobe, kjer se nastala svetloba odbije od katerega koli predmeta in se vrne v senzor. Na podlagi časovne razlike med oddajanjem svetlobe in vrnitvijo v senzor, potem ko jo odbije predmet, lahko senzor izmeri razdaljo med predmetom in senzorjem.

Danes bomo raziskali dva načina, kako ToF uporablja čas potovanja za določanje razdalje in globine: z uporabo časovnih impulzov in z uporabo faznega premika amplitudno moduliranih valov.

Uporabite časovne impulze

Deluje na primer tako, da tarčo osvetli z laserjem, nato z skenerjem izmeri odbito svetlobo in nato s svetlobno hitrostjo ekstrapolira razdaljo predmeta za natančen izračun prevožene razdalje. Poleg tega se razlika v laserskem povratnem času in valovni dolžini nato uporabi za izdelavo natančne digitalne 3D-predstavitve in površinskih značilnosti tarče ter za vizualno preslikavo njenih posameznih značilnosti.

Kot lahko vidite zgoraj, se laserska svetloba sproži in nato odbije od predmeta nazaj do senzorja. Z laserskim povratnim časom lahko kamere ToF izmerijo natančne razdalje v kratkem času glede na hitrost potovanja svetlobe. (ToF se pretvori v razdaljo) To je formula, ki jo analitik uporablja za določitev natančne razdalje predmeta:

(svetlobna hitrost x čas leta) / 2

ToF pretvori v razdaljo

Kot lahko vidite, se bo časovnik zagnal, ko je lučka ugasnjena, in ko bo sprejemnik prejel povratno svetlobo, bo časovnik vrnil čas. Pri dvakratnem odštevanju dobimo "čas leta" svetlobe, svetlobna hitrost pa je konstantna, tako da je razdaljo enostavno izračunati z zgornjo formulo. Na ta način lahko določimo vse točke na površini predmeta.

Uporabite fazni zamik valovanja AM

Naprej,ToFlahko uporablja tudi neprekinjene valove za zaznavanje faznega premika odbite svetlobe za določitev globine in razdalje.

Fazni premik z uporabo AM vala

Z modulacijo amplitude ustvari sinusoidni svetlobni vir z znano frekvenco, kar omogoča detektorju, da določi fazni zamik odbite svetlobe z naslednjo formulo:

kjer je c svetlobna hitrost (c = 3 × 10^8 m/s), λ valovna dolžina (λ = 15 m) in f frekvenca, je vsako točko na senzorju enostavno izračunati v globino.

Vse te stvari se zgodijo zelo hitro, saj delamo s svetlobno hitrostjo. Si lahko predstavljate natančnost in hitrost, s katero so senzorji sposobni meriti? Naj navedem primer, svetloba potuje s hitrostjo 300.000 kilometrov na sekundo, če je predmet od vas oddaljen 5 m, je časovna razlika med svetlobo, ki zapusti kamero in se vrne, približno 33 nanosekund, kar je enako samo 0,000000033 sekunde! Vau! Da ne omenjam, zajeti podatki vam bodo dali natančno 3D digitalno predstavitev za vsako slikovno piko na sliki.

Ne glede na uporabljeno načelo zagotavljanje svetlobnega vira, ki osvetli celotno sceno, omogoča senzorju, da določi globino vseh točk. Takšen rezultat vam daje zemljevid razdalje, kjer vsaka slikovna pika kodira razdaljo do ustrezne točke v sceni. Sledi primer grafa obsega ToF:

Primer grafa obsega ToF

Zdaj ko vemo, da ToF deluje, zakaj je dober? Zakaj ga uporabljati? Za kaj so dobri? Ne skrbite, uporaba senzorja ToF ima številne prednosti, seveda pa tudi nekatere omejitve.

3. Prednosti uporabe senzorjev za čas leta

Natančna in hitra meritev

V primerjavi z drugimi senzorji razdalje, kot so ultrazvok ali laserji, lahko senzorji za čas leta zelo hitro sestavijo 3D sliko prizora. Na primer, kamera ToF lahko to stori samo enkrat. Ne le to, senzor ToF lahko natančno zazna predmete v kratkem času in nanj ne vplivajo vlaga, zračni tlak in temperatura, zaradi česar je primeren tako za notranjo kot zunanjo uporabo.

dolge razdalje

Ker senzorji ToF uporabljajo laserje, so zmožni tudi merjenja velikih razdalj in dosegov z visoko natančnostjo. Senzorji ToF so prilagodljivi, saj lahko zaznajo bližnje in oddaljene predmete vseh oblik in velikosti.

Je tudi prilagodljiv v smislu, da lahko prilagodite optiko sistema za optimalno delovanje, pri čemer lahko izberete vrsto oddajnika in sprejemnika ter leče, da dobite želeno vidno polje.

Varnost

Skrbi me, da laser izToFvam bo senzor poškodoval oči? ne skrbi! Mnogi senzorji ToF zdaj uporabljajo infrardeči laser z nizko močjo kot vir svetlobe in ga poganjajo z moduliranimi impulzi. Senzor izpolnjuje laserske varnostne standarde razreda 1, kar zagotavlja, da je varen za človeško oko.

stroškovno učinkovito

V primerjavi z drugimi tehnologijami 3D globinskega skeniranja, kot so sistemi strukturiranih svetlobnih kamer ali laserski daljinomeri, so senzorji ToF v primerjavi z njimi veliko cenejši.

Kljub vsem tem omejitvam je ToF še vedno zelo zanesljiva in zelo hitra metoda za zajem 3D informacij.

4. Omejitve ToF

Čeprav ima ToF številne prednosti, ima tudi omejitve. Nekatere omejitve ToF vključujejo:

• Razpršena svetloba

Če so zelo svetle površine zelo blizu vašega senzorja ToF, lahko razpršijo preveč svetlobe v vaš sprejemnik in ustvarijo artefakte in neželene odboje, saj mora vaš senzor ToF odbiti svetlobo šele, ko je meritev pripravljena.

• Večkratni odsevi

Pri uporabi senzorjev ToF na vogalih in konkavnih oblikah lahko povzročijo neželene odboje, saj se lahko svetloba večkrat odbije in popači meritev.

• Ambientalna svetloba

Uporaba kamere ToF na prostem pri močni sončni svetlobi lahko oteži uporabo na prostem. To je posledica visoke intenzivnosti sončne svetlobe, ki povzroči hitro nasičenje slikovnih pik senzorja, zaradi česar je nemogoče zaznati dejansko svetlobo, ki se odbija od predmeta.

• Zaključek

ToF senzorji inToF objektivse lahko uporablja v različnih aplikacijah. Od 3D-kartiranja, industrijske avtomatizacije, zaznavanja ovir, samovozečih avtomobilov, kmetijstva, robotike, navigacije v zaprtih prostorih, prepoznavanja kretenj, skeniranja predmetov, meritev, nadzora do razširjene resničnosti! Uporabe tehnologije ToF so neskončne.

Za vse potrebe po ToF lečah nas lahko kontaktirate.

Chuang An Optoelectronics se osredotoča na optične leče visoke ločljivosti za ustvarjanje popolne vizualne znamke

Chuang An Optoelectronics je zdaj izdelal različneTOF lečekot so:

CH3651A f3,6 mm F1,2 1/2″ IR850nm

CH3651B f3,6 mm 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