1. Vad är en tid-of-flight (TOF) -sensor?

Vad är en tid-av-flygningskamera? Är det kameran som fångar flygets flygning? Har det något att göra med plan eller flygplan? Det är faktiskt långt borta!

TOF är ett mått på den tid det tar för ett föremål, partikel eller våg för att resa ett avstånd. Visste du att ett fladdermöss sonarsystem fungerar? Tid-of-flight-systemet är liknande!

Det finns många typer av tid-of-flight-sensorer, men de flesta är tid-of-flight-kameror och laserskannrar, som använder en teknik som kallas Lidar (ljusdetektering och varierande) för att mäta djupet för olika punkter i en bild genom att lysa den med infrarött ljus.

Data genererade och fångade med hjälp av TOF -sensorer är mycket användbara eftersom de kan ge fotgängare, användarverifiering baserad på ansiktsfunktioner, miljökartläggning med SLAM (samtidig lokalisering och mappning) algoritmer och mer.

Detta system används faktiskt allmänt i robotar, självkörande bilar och till och med nu din mobila enhet. Om du till exempel använder Huawei P30 Pro, Oppo RX17 Pro, LG G8 Thinq, etc., har din telefon en TOF -kamera!

En TOF -kamera

2. Hur fungerar tid-of-flight-sensorn?

Nu vill vi ge en kort introduktion av vad en tid-av-flygsensor är och hur det fungerar.

TofSensorer använder små lasrar för att avge infrarött ljus, där det resulterande ljuset studsar bort alla föremål och återgår till sensorn. Baserat på tidsskillnaden mellan utsläpp av ljus och återgång till sensorn efter att ha återspeglats av objektet kan sensorn mäta avståndet mellan objektet och sensorn.

Idag kommer vi att utforska två sätt hur TOF använder restid för att bestämma avstånd och djup: med timingpulser och använda fasförskjutning av amplitudmodulerade vågor.

Använd tidsbestämda pulser

Till exempel fungerar det genom att belysa ett mål med en laser, sedan mäta det reflekterade ljuset med en skanner och sedan använda ljusets hastighet för att extrapolera avståndet för objektet för att exakt beräkna det resade avståndet. Dessutom används skillnaden i laseråtergångstid och våglängd för att göra en exakt digital 3D -representation och ytfunktioner i målet och kartlägger visuellt dess individuella funktioner.

Som du kan se ovan skjuts laserljus ut och studsar sedan av föremålet tillbaka till sensorn. Med laseravkastningstiden kan TOF -kameror mäta exakta avstånd på kort tid med tanke på hastigheten på lätt resor. (TOF konverterar till avstånd) Detta är den formel en analytiker använder för att komma fram till det exakta avståndet för ett objekt:

(Ljushastighet x tid för flygning) / 2

TOF konverterar till avstånd

Som ni ser kommer timern att starta medan ljuset är avstängt, och när mottagaren tar emot returljuset kommer timern att returnera tiden. När du subtraherar två gånger erhålls ljusets "tid", och ljusets hastighet är konstant, så avståndet kan enkelt beräknas med formeln ovan. På detta sätt kan alla punkter på ytan på objektet bestämmas.

Använd AM -vågens fasförskjutning

DärefterTofKan också använda kontinuerliga vågor för att upptäcka fasförskjutningen för det reflekterade ljuset för att bestämma djup och avstånd.

Fasskift med AM -våg

Genom att modulera amplituden skapar det en sinusformad ljuskälla med en känd frekvens, vilket gör att detektorn kan bestämma fasförskjutningen för det reflekterade ljuset med följande formel:

Där C är ljusets hastighet (C = 3 × 10^8 m/s) är λ en våglängd (λ = 15 m), och f är frekvensen, varje punkt på sensorn kan enkelt beräknas i djupet.

Alla dessa saker händer mycket snabbt när vi arbetar med ljusets hastighet. Kan du föreställa dig precisionen och hastigheten med vilka sensorer kan mäta? Låt mig ge ett exempel, lätta resor med en hastighet av 300 000 kilometer per sekund, om ett objekt är 5 m från dig, är tidsskillnaden mellan ljuset som lämnar kameran och återvändande cirka 33 nanosekunder, vilket endast motsvarar 0,000000033 sekunder! Wow! För att inte nämna, kommer de fångade uppgifterna att ge dig en exakt 3D -digital representation för varje pixel i bilden.

Oavsett vilken princip som används, tillhandahåller en ljuskälla som lyser upp hela scenen gör det möjligt för sensorn att bestämma djupet för alla punkter. Ett sådant resultat ger dig en distanskarta där varje pixel kodar avståndet till motsvarande punkt i scenen. Följande är ett exempel på en TOF -intervallgraf:

Ett exempel på ett TOF -intervallgraf

Nu när vi vet att TOF fungerar, varför är det bra? Varför använda det? Vad är de bra för? Oroa dig inte, det finns många fördelar med att använda en TOF -sensor, men det finns naturligtvis några begränsningar.

3. Fördelarna med att använda tid-of-flight-sensorer

Exakt och snabb mätning

Jämfört med andra distanssensorer som ultraljud eller lasrar kan tid-of-flight-sensorer komponera en 3D-bild av en scen mycket snabbt. Till exempel kan en TOF -kamera göra detta bara en gång. Inte bara det, TOF -sensorn kan upptäcka objekt exakt på kort tid och påverkas inte av luftfuktighet, lufttryck och temperatur, vilket gör den lämplig för både inomhus- och utomhusbruk.

långdistans

Eftersom TOF -sensorer använder lasrar kan de också mäta långa avstånd och intervall med hög noggrannhet. TOF -sensorer är flexibla eftersom de kan upptäcka nära och långt föremål i alla former och storlekar.

Det är också flexibelt i den meningen att du kan anpassa systemets optik för optimal prestanda, där du kan välja sändare och mottagartyper och linser för att få önskat synfält.

Säkerhet

Orolig för att lasern frånTofSensor kommer att skada dina ögon? oroa dig inte! Många TOF-sensorer använder nu en infraröd laser med låg effekt som ljuskälla och driver den med modulerade pulser. Sensorn uppfyller klass 1 -lasersäkerhetsstandarder för att säkerställa att det är säkert för det mänskliga ögat.

kostnadseffektiv

Jämfört med andra 3D -djupintervallskanningsteknologier som strukturerade ljuskamerasystem eller laserområdefinder är TOF -sensorer mycket billigare jämfört med dem.

Trots alla dessa begränsningar är TOF fortfarande mycket pålitlig och en mycket snabb metod för att fånga 3D -information.

4. TOF: s begränsningar

Även om TOF har många fördelar har den också begränsningar. Några av begränsningarna i TOF inkluderar:

• Spridd ljus

Om mycket ljusa ytor är mycket nära din TOF -sensor kan de sprida för mycket ljus i din mottagare och skapa artefakter och oönskade reflektioner, eftersom din TOF -sensor bara behöver återspegla ljuset när mätningen är klar.

• Flera reflektioner

När du använder TOF -sensorer på hörn och konkava former kan de orsaka oönskade reflektioner, eftersom ljuset kan studsa flera gånger och snedvrida mätningen.

• Omgivande ljus

Att använda TOF -kameran utomhus i starkt solljus kan göra det svårt att använda utomhus. Detta beror på att solljuset med hög intensitet får sensorpixlarna att snabbt mätta, vilket gör det omöjligt att upptäcka det faktiska ljuset som reflekteras från objektet.

• Slutsatsen

TOF -sensorer ochTOF -linskan användas i olika applikationer. Från 3D-kartläggning, industriell automatisering, hinderdetektering, självkörande bilar, jordbruk, robotik, navigering inomhus, gestigenkänning, objektskanning, mätningar, övervakning till augmented verklighet! Tillämpningarna av TOF -teknik är oändliga.

Du kan kontakta oss för alla behov av TOF -linser.

Chuang En optoelektronik fokuserar på högupplösta optiska linser för att skapa ett perfekt visuellt varumärke

Chuang En optoelektronik har nu producerat en mängd olikaTOF -linsersom:

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