1. Zaman-uçuş (ToF) sensörü nedir?

Uçuş süresi kamerası nedir? Uçağın uçuşunu kaydeden kamera mıdır? Uçaklarla bir ilgisi var mıdır? Aslında, bundan çok farklı bir şey!

ToF (Uçuş Süresi), bir cismin, parçacığın veya dalganın belirli bir mesafeyi kat etmesi için geçen sürenin ölçüsüdür. Yarasaların sonar sisteminin nasıl çalıştığını biliyor muydunuz? Uçuş süresi sistemi de benzer şekilde çalışır!

Birçok farklı uçuş süresi sensörü türü vardır, ancak çoğu, görüntüdeki çeşitli noktaların derinliğini kızılötesi ışıkla aydınlatarak ölçen lidar (ışık algılama ve menzil belirleme) adı verilen bir teknolojiyi kullanan uçuş süresi kameraları ve lazer tarayıcılardır.

ToF sensörleri kullanılarak üretilen ve yakalanan veriler, yaya tespiti, yüz özelliklerine dayalı kullanıcı kimlik doğrulaması, SLAM (eş zamanlı konumlandırma ve haritalama) algoritmaları kullanılarak ortam haritalaması ve daha fazlasını sağlayabildiği için çok kullanışlıdır.

Bu sistem aslında robotlarda, sürücüsüz araçlarda ve hatta günümüzde mobil cihazlarınızda bile yaygın olarak kullanılıyor. Örneğin, Huawei P30 Pro, Oppo RX17 Pro, LG G8 ThinQ vb. kullanıyorsanız, telefonunuzda ToF kamera bulunuyor!

Bir ToF kamera

2. Uçuş süresi sensörü nasıl çalışır?

Şimdi, zaman-uçuş sensörünün ne olduğunu ve nasıl çalıştığını kısaca tanıtmak istiyoruz.

ToFSensörler, kızılötesi ışık yaymak için minik lazerler kullanır; ortaya çıkan ışık herhangi bir nesneden yansıyarak sensöre geri döner. Işığın yayılması ile nesneden yansıdıktan sonra sensöre geri dönmesi arasındaki zaman farkına bağlı olarak, sensör nesne ile sensör arasındaki mesafeyi ölçebilir.

Bugün, ToF'nin mesafe ve derinliği belirlemek için seyahat süresini nasıl kullandığına dair 2 yöntemi inceleyeceğiz: zamanlama darbeleri kullanmak ve genlik modülasyonlu dalgaların faz kaymasını kullanmak.

Zamanlanmış darbeler kullanın

Örneğin, bir hedefi lazerle aydınlatarak, yansıyan ışığı bir tarayıcıyla ölçerek ve daha sonra ışık hızını kullanarak nesnenin mesafesini tahmin edip kat edilen mesafeyi hassas bir şekilde hesaplayarak çalışır. Ek olarak, lazerin geri dönüş süresi ve dalga boyundaki fark, hedefin doğru bir dijital 3 boyutlu temsilini ve yüzey özelliklerini oluşturmak ve bireysel özelliklerini görsel olarak haritalamak için kullanılır.

Yukarıda da gördüğünüz gibi, lazer ışığı fırlatılır ve nesneden yansıyarak sensöre geri döner. Lazerin geri dönüş süresi sayesinde, ToF kameralar ışığın hareket hızı göz önüne alındığında kısa bir süre içinde doğru mesafeleri ölçebilir. (ToF mesafeye dönüştürülür) Bir analistin bir nesnenin tam mesafesine ulaşmak için kullandığı formül şöyledir:

(ışık hızı x uçuş süresi) / 2

ToF mesafeye dönüştürülür

Gördüğünüz gibi, zamanlayıcı ışık kapalıyken başlayacak ve alıcı geri dönen ışığı aldığında zamanlayıcı zamanı geri döndürecektir. İki kez çıkarıldığında, ışığın "uçuş süresi" elde edilir ve ışık hızı sabit olduğundan, yukarıdaki formül kullanılarak mesafe kolayca hesaplanabilir. Bu şekilde, cismin yüzeyindeki tüm noktalar belirlenebilir.

AM dalgasının faz kaymasını kullanın.

Ardından,ToFYansıyan ışığın faz kaymasını tespit etmek ve böylece derinlik ve mesafeyi belirlemek için sürekli dalgalar da kullanılabilir.

AM dalgası kullanılarak faz kayması

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

Burada c ışık hızı (c = 3 × 10^8 m/s), λ dalga boyu (λ = 15 m) ve f frekanstır; sensör üzerindeki her noktanın derinliği kolayca hesaplanabilir.

Bütün bunlar ışık hızında çalıştığımız için çok hızlı gerçekleşiyor. Sensörlerin ölçüm yapabilme hassasiyetini ve hızını hayal edebiliyor musunuz? Bir örnek vereyim: Işık saniyede 300.000 kilometre hızla hareket ediyor, eğer bir nesne sizden 5 metre uzaktaysa, ışığın kameradan çıkışı ve geri dönüşü arasındaki zaman farkı yaklaşık 33 nanosaniyedir, bu da sadece 0.000000033 saniyeye eşdeğerdir! Vay canına! Ayrıca, yakalanan veriler size görüntüdeki her piksel için doğru bir 3 boyutlu dijital temsil sağlayacaktır.

Kullanılan prensip ne olursa olsun, tüm sahneyi aydınlatan bir ışık kaynağı sağlamak, sensörün tüm noktaların derinliğini belirlemesine olanak tanır. Bu sonuç, her pikselin sahnedeki karşılık gelen noktaya olan mesafeyi kodladığı bir mesafe haritası verir. Aşağıda bir ToF menzil grafiği örneği verilmiştir:

ToF aralığı grafiğine bir örnek.

ToF'un çalıştığını artık bildiğimize göre, neden iyi? Neden kullanılır? Ne işe yararlar? Merak etmeyin, ToF sensörü kullanmanın birçok avantajı var, ancak elbette bazı sınırlamaları da mevcut.

3. Uçuş süresi sensörlerinin kullanımının faydaları

Doğru ve hızlı ölçüm

Ultrason veya lazer gibi diğer mesafe sensörleriyle karşılaştırıldığında, uçuş süresi sensörleri bir sahnenin 3 boyutlu görüntüsünü çok hızlı bir şekilde oluşturabilir. Örneğin, bir ToF kamera bunu yalnızca bir kez yapabilir. Bununla birlikte, ToF sensörü nesneleri kısa sürede doğru bir şekilde algılayabilir ve nem, hava basıncı ve sıcaklıktan etkilenmez, bu da onu hem iç hem de dış mekan kullanımına uygun hale getirir.

uzun mesafe

ToF sensörleri lazer kullandıkları için uzun mesafeleri ve aralıkları yüksek doğrulukla ölçebilme özelliğine de sahiptirler. ToF sensörleri, her şekil ve boyuttaki yakın ve uzak nesneleri algılayabildikleri için esnektirler.

Sistemin optiklerini en iyi performans için özelleştirebilmeniz açısından da esnektir; istediğiniz görüş alanını elde etmek için verici ve alıcı tiplerini ve lensleri seçebilirsiniz.

Emniyet

LazerinToFSensör gözlerinize zarar verir mi? Endişelenmeyin! Birçok ToF sensörü artık ışık kaynağı olarak düşük güçlü kızılötesi lazer kullanıyor ve bunu modüle edilmiş darbelerle çalıştırıyor. Sensör, insan gözü için güvenli olduğundan emin olmak için Sınıf 1 lazer güvenlik standartlarını karşılıyor.

maliyet etkin

Yapılandırılmış ışık kamera sistemleri veya lazer mesafe ölçerler gibi diğer 3 boyutlu derinlik aralığı tarama teknolojileriyle karşılaştırıldığında, ToF sensörleri bunlara göre çok daha ucuzdur.

Tüm bu sınırlamalara rağmen, ToF hala çok güvenilir ve 3 boyutlu bilgileri yakalamanın çok hızlı bir yöntemidir.

4. ToF'nin Sınırlamaları

ToF'un birçok avantajı olmasına rağmen, bazı sınırlamaları da vardır. ToF'un sınırlamalarından bazıları şunlardır:

• Dağınık ışık

Çok parlak yüzeyler ToF sensörünüze çok yakınsa, alıcınıza çok fazla ışık saçabilir ve istenmeyen yansımalara ve bozulmalara neden olabilir; çünkü ToF sensörünüzün ışığı yalnızca ölçüm hazır olduğunda yansıtması gerekir.

• Çoklu yansımalar

Köşe ve içbükey şekillerde ToF sensörleri kullanıldığında, ışığın birden fazla kez yansıması nedeniyle istenmeyen yansımalar oluşabilir ve bu da ölçümü bozabilir.

• Ortam ışığı

ToF kamerayı parlak güneş ışığında dış mekanlarda kullanmak zor olabilir. Bunun nedeni, güneş ışığının yüksek yoğunluğunun sensör piksellerinin hızla doygunluğa ulaşmasına ve nesneden yansıyan gerçek ışığın algılanmasını imkansız hale getirmesidir.

• Sonuç

ToF sensörleri veToF lensToF teknolojisi, 3 boyutlu haritalama, endüstriyel otomasyon, engel tespiti, otonom araçlar, tarım, robotik, iç mekan navigasyonu, jest tanıma, nesne tarama, ölçümler, gözetim ve artırılmış gerçeklik gibi çok çeşitli uygulamalarda kullanılabilir! ToF teknolojisinin uygulama alanları sınırsızdır.

ToF lenslerle ilgili her türlü ihtiyacınız için bizimle iletişime geçebilirsiniz.

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

Chuang An Optoelectronics bugüne kadar çeşitli ürünler üretti.TOF 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