1. Uçuş süresi (ToF) sensörü nedir?

Uçuş süresi kamerası nedir? Uçağın uçuşunu kaydeden kamera mı? Bunun uçaklarla veya uçaklarla bir ilgisi var mı? Aslında çok uzakta!

ToF, bir nesnenin, parçacığın veya dalganın belirli bir mesafeyi kat etmesi için geçen sürenin ölçüsüdür. Yarasaların sonar sisteminin çalıştığını biliyor muydunuz? Uçuş süresi sistemi benzer!

Uçuş süresi sensörlerinin pek çok türü vardır, ancak bunların çoğu, görüntüdeki çeşitli noktaların derinliğini, görüntüyü parlatarak ölçmek için lidar (ışık algılama ve menzil) adı verilen bir teknolojiyi kullanan uçuş süresi kameraları ve lazer tarayıcılardır. kızılötesi ışıkla.

ToF sensörleri kullanılarak oluşturulan ve yakalanan veriler, yaya tespiti, yüz özelliklerine dayalı kullanıcı kimlik doğrulaması, SLAM (eş zamanlı yerelleştirme ve haritalama) algoritmalarını kullanarak ortam haritalaması ve daha fazlasını sağlayabileceğinden çok faydalıdır.

Bu sistem aslında robotlarda, sürücüsüz arabalarda ve hatta mobil cihazınızda yaygın olarak kullanılıyor. Örneğin Huawei P30 Pro, Oppo RX17 Pro, LG G8 ThinQ vb. kullanıyorsanız telefonunuzda ToF kamera bulunmaktadır!

Bir ToF kamera

2. Uçuş süresi sensörü nasıl çalışır?

Şimdi uçuş süresi sensörünün ne olduğuna ve nasıl çalıştığına dair kısa bir giriş yapmak istiyoruz.

ToFSensörler kızılötesi ışık yaymak için küçük lazerler kullanır; burada ortaya çıkan ışık herhangi bir nesneden yansır ve sensöre geri döner. Işığın yayılması ile nesne tarafından yansıtıldıktan sonra sensöre geri dönmesi arasındaki zaman farkına bağlı olarak sensör, nesne ile sensör arasındaki mesafeyi ölçebilir.

Bugün, ToF'un mesafeyi ve derinliği belirlemek için seyahat süresini nasıl kullandığının 2 yolunu inceleyeceğiz: zamanlama darbelerini kullanmak ve genlik modülasyonlu dalgaların faz kaymasını kullanmak.

Zamanlanmış darbeleri kullan

Örneğin, bir hedefi bir lazerle aydınlatarak, ardından bir tarayıcıyla yansıyan ışığı ölçerek ve ardından kat edilen mesafeyi tam olarak hesaplamak için nesnenin mesafesini tahmin etmek için ışık hızını kullanarak çalışır. Ek olarak, lazerin geri dönüş süresi ve dalga boyundaki fark, hedefin doğru bir dijital 3D temsilini ve yüzey özelliklerini oluşturmak ve bireysel özelliklerini görsel olarak haritalandırmak için kullanılır.

Yukarıda görebileceğiniz gibi, lazer ışığı ateşleniyor ve ardından nesneden sensöre geri yansıyor. Lazer geri dönüş süresi sayesinde ToF kameralar, ışığın hareket hızı göz önüne alındığında kısa sürede doğru mesafeleri ölçebilmektedir. (ToF mesafeye dönüşür) Bu, analistin bir nesnenin tam mesafesine ulaşmak için kullandığı formüldür:

(ışık hızı x uçuş süresi) / 2

ToF mesafeye dönüşür

Gördüğünüz gibi ışık kapalıyken zamanlayıcı başlayacak ve alıcı geri dönüş ışığını aldığında zamanlayıcı zamanı geri döndürecektir. İki kere çıkarıldığında ışığın "uçuş süresi" elde edilir ve ışığın hızı sabittir, dolayısıyla mesafe yukarıdaki formül kullanılarak kolayca hesaplanabilir. Bu sayede nesnenin yüzeyindeki tüm noktalar belirlenebilmektedir.

AM dalgasının faz kaymasını kullanın

Daha sonra,ToFderinlik ve mesafeyi belirlemek amacıyla yansıyan ışığın faz kaymasını tespit etmek için sürekli dalgaları da kullanabilir.

AM dalgasını kullanarak faz kayması

Genliği modüle ederek, bilinen bir frekansa sahip sinüzoidal bir ışık kaynağı oluşturur ve dedektörün aşağıdaki formülü kullanarak yansıyan ışığın faz kaymasını belirlemesine olanak tanır:

c ışık hızı (c = 3 × 10^8 m/s), λ dalga boyu (λ = 15 m) ve f frekans olmak üzere sensör üzerindeki her nokta derinlemesine kolayca hesaplanabilir.

Işık hızında çalıştığımız için tüm bunlar çok hızlı gerçekleşiyor. Sensörlerin ölçüm yapabileceği hassasiyeti ve hızı hayal edebiliyor musunuz? Örnek vereyim, ışık saniyede 300.000 kilometre hızla yol alıyor, eğer bir nesne sizden 5 m uzaktaysa ışığın kameradan çıkması ile geri dönmesi arasındaki zaman farkı yaklaşık 33 nanosaniyedir, bu da yalnızca 0,000000033 saniyeye eşdeğerdir! Vay! Yakalanan verilerin size görüntüdeki her piksel için doğru bir 3D dijital temsil sağlayacağından bahsetmiyorum bile.

Kullanılan prensip ne olursa olsun, tüm sahneyi aydınlatan bir ışık kaynağının sağlanması, sensörün tüm noktaların derinliğini belirlemesine olanak tanır. Böyle bir sonuç size her pikselin sahnedeki karşılık gelen noktaya olan mesafeyi kodladığı bir mesafe haritası verir. Aşağıda ToF aralığı grafiğinin bir örneği verilmiştir:

ToF aralığı grafiği örneği

Artık ToF'un işe yaradığını bildiğimize göre neden iyidir? Neden kullanıyorsunuz? Bunlar ne işe yarar? Endişelenmeyin, ToF sensörü kullanmanın pek çok avantajı var ancak elbette bazı sınırlamalar da var.

3. Uçuş süresi sensörlerini kullanmanın faydaları

Doğru ve hızlı ölçüm

Ultrason veya lazerler gibi diğer mesafe sensörleriyle karşılaştırıldığında uçuş süresi sensörleri, bir sahnenin 3 boyutlu görüntüsünü çok hızlı bir şekilde oluşturabilmektedir. Örneğin bir ToF kamera bunu yalnızca bir kez yapabilir. ToF sensörünün nesneleri kısa sürede doğru bir şekilde algılayabilmesi ve nemden, hava basıncından ve sıcaklıktan etkilenmemesi, onu hem iç hem de dış mekan kullanımına uygun hale getiriyor.

uzun mesafe

ToF sensörleri lazer kullandığı için uzun mesafeleri ve mesafeleri de yüksek doğrulukla ölçebilmektedir. ToF sensörleri esnektir çünkü her şekil ve boyuttaki yakın ve uzak nesneleri algılayabilmektedir.

Ayrıca, istenen görüş alanını elde etmek için verici ve alıcı türlerini ve lensleri seçebileceğiniz, sistemin optiklerini optimum performans için özelleştirebilmeniz anlamında da esnektir.

Emniyet

LazerinToFSensör gözlerinizi acıtacak mı? Merak etme! Birçok ToF sensörü artık ışık kaynağı olarak düşük güçlü bir kızılötesi lazer kullanıyor ve onu modüle edilmiş darbelerle çalıştırıyor. Sensör, insan gözü için güvenli olduğundan emin olmak için Sınıf 1 lazer güvenlik standartlarını karşılar.

uygun maliyetli

Yapılandırılmış ışıklı kamera sistemleri veya lazer uzaklık ölçerler gibi diğer 3 boyutlu derinlik aralığı tarama teknolojileriyle karşılaştırıldığında ToF sensörleri, bunlara kıyasla çok daha ucuzdur.

Tüm bu sınırlamalara rağmen ToF, 3 boyutlu bilgilerin yakalanmasında hala çok güvenilir ve çok hızlı bir yöntemdir.

4. ToF'un Sınırlamaları

ToF'un birçok faydası olmasına rağmen sınırlamaları da vardır. ToF'un sınırlamalarından bazıları şunlardır:

• Dağınık ışık

Çok parlak yüzeyler ToF sensörünüze çok yakınsa alıcınıza çok fazla ışık saçabilir ve ToF sensörünüzün ışığı yalnızca ölçüm hazır olduğunda yansıtması gerektiğinden yapaylıklar ve istenmeyen yansımalar oluşturabilirler.

• Çoklu yansımalar

ToF sensörlerini köşelerde ve içbükey şekillerde kullanırken, ışık birden çok kez yansıyarak ölçümü bozabileceğinden istenmeyen yansımalara neden olabilirler.

• Ortam ışığı

ToF kameranın açık havada, parlak güneş ışığında kullanılması, dış mekan kullanımını zorlaştırabilir. Bunun nedeni, güneş ışığının yüksek yoğunluğunun sensör piksellerinin hızlı bir şekilde doymasına neden olması ve nesneden yansıyan gerçek ışığın algılanmasını imkansız hale getirmesidir.

• Sonuç

ToF sensörleri veToF merceğiçeşitli uygulamalarda kullanılabilir. 3D Haritalama, Endüstriyel Otomasyon, Engel Algılama, Sürücüsüz Araçlar, Tarım, Robotik, İç Mekan Navigasyonu, Hareket Tanıma, Nesne Tarama, Ölçümler, Gözetimden Artırılmış Gerçekliğe kadar! ToF teknolojisinin uygulamaları sonsuzdur.

ToF lenslerle ilgili her türlü ihtiyacınız için bizimle iletişime geçebilirsiniz.

Chuang An Optoelectronics, mükemmel bir görsel marka yaratmak için yüksek çözünürlüklü optik lenslere odaklanıyor

Chuang An Optoelektronik artık çeşitli ürünler ürettiTOF lenslerörneğin:

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