1. Wat is 'n vlugtydsensor (ToF)?

Wat is 'n vlugtydkamera? Is dit die kamera wat die vlug van die vliegtuig vasvang? Het dit iets met vliegtuie of vliegtuie te doen? Wel, dis eintlik 'n lang ent weg!

ToF is 'n maatstaf van die tyd wat dit neem vir 'n voorwerp, deeltjie of golf om 'n afstand af te lê. Het jy geweet dat 'n vlermuis se sonarstelsel werk? Die vlugtydstelsel is soortgelyk!

Daar is baie soorte vlugtydsensors, maar die meeste is vlugtydkameras en laserskandeerders, wat 'n tegnologie genaamd lidar (ligdeteksie en -afstandbepaling) gebruik om die diepte van verskeie punte in 'n beeld te meet deur dit met infrarooi lig te laat skyn.

Data wat met ToF-sensors gegenereer en vasgelê word, is baie nuttig, aangesien dit voetgangeropsporing, gebruikersverifikasie gebaseer op gesigstrekke, omgewingskartering met behulp van SLAM-algoritmes (gelyktydige lokalisering en kartering), en meer kan bied.

Hierdie stelsel word eintlik wyd gebruik in robotte, selfbesturende motors, en selfs nou jou mobiele toestel. Byvoorbeeld, as jy 'n Huawei P30 Pro, Oppo RX17 Pro, LG G8 ThinQ, ens. gebruik, het jou foon 'n ToF-kamera!

'n ToF-kamera

2. Hoe werk die vlugtydsensor?

Nou wil ons 'n kort inleiding gee oor wat 'n vlugtydsensor is en hoe dit werk.

ToFSensors gebruik klein lasers om infrarooi lig uit te straal, waar die gevolglike lig van enige voorwerp af weerkaats en na die sensor terugkeer. Gebaseer op die tydsverskil tussen die uitstraling van lig en die terugkeer na die sensor nadat dit deur die voorwerp weerkaats is, kan die sensor die afstand tussen die voorwerp en die sensor meet.

Vandag gaan ons twee maniere ondersoek hoe ToF reistyd gebruik om afstand en diepte te bepaal: deur tydpulse te gebruik, en deur faseverskuiwing van amplitude-gemoduleerde golwe te gebruik.

Gebruik getimede pulse

Dit werk byvoorbeeld deur 'n teiken met 'n laser te verlig, dan die gereflekteerde lig met 'n skandeerder te meet, en dan die spoed van lig te gebruik om die afstand van die voorwerp te ekstrapoleer om die afstand wat afgelê is, presies te bereken. Daarbenewens word die verskil in laser-terugkeertyd en golflengte dan gebruik om 'n akkurate digitale 3D-voorstelling en oppervlakkenmerke van die teiken te maak, en die individuele kenmerke visueel te karteer.

Soos u hierbo kan sien, word laserlig afgevuur en weerkaats dan van die voorwerp terug na die sensor. Met die laser-terugkeertyd kan ToF-kameras akkurate afstande in 'n kort tydperk meet, gegewe die spoed van ligreis. (ToF word omgeskakel na afstand) Dit is die formule wat 'n ontleder gebruik om die presiese afstand van 'n voorwerp te bepaal:

(ligspoed x vlugtyd) / 2

ToF skakel om na afstand

Soos jy kan sien, sal die timer begin terwyl die lig af is, en wanneer die ontvanger die teruglig ontvang, sal die timer die tyd teruggee. Wanneer twee keer afgetrek word, word die "vlugtyd" van lig verkry, en die spoed van lig is konstant, dus kan afstand maklik bereken word met behulp van die formule hierbo. Op hierdie manier kan alle punte op die oppervlak van die voorwerp bepaal word.

Gebruik die faseverskuiwing van die AM-golf

Volgende, dieToFkan ook kontinue golwe gebruik om die faseverskuiwing van die gereflekteerde lig op te spoor om diepte en afstand te bepaal.

Faseverskuiwing met behulp van AM-golf

Deur die amplitude te moduleer, skep dit 'n sinusvormige ligbron met 'n bekende frekwensie, wat die detektor toelaat om die faseverskuiwing van die gereflekteerde lig te bepaal deur die volgende formule te gebruik:

waar c die spoed van lig is (c = 3 × 10^8 m/s), λ 'n golflengte is (λ = 15 m), en f die frekwensie is, kan elke punt op die sensor maklik in diepte bereken word.

Al hierdie dinge gebeur baie vinnig terwyl ons teen die spoed van lig werk. Kan jy jou die presisie en spoed voorstel waarmee sensors kan meet? Laat ek 'n voorbeeld gee, lig beweeg teen 'n spoed van 300 000 kilometer per sekonde, as 'n voorwerp 5 m van jou af is, is die tydsverskil tussen die lig wat die kamera verlaat en terugkeer ongeveer 33 nanosekondes, wat slegs gelykstaande is aan 0.000000033 sekondes! Sjoe! Om nie te praat nie, die vasgelegde data sal jou 'n akkurate 3D digitale voorstelling vir elke pixel in die beeld gee.

Ongeag die beginsel wat gebruik word, die verskaffing van 'n ligbron wat die hele toneel verlig, laat die sensor toe om die diepte van alle punte te bepaal. So 'n resultaat gee jou 'n afstandkaart waar elke pixel die afstand na die ooreenstemmende punt in die toneel kodeer. Die volgende is 'n voorbeeld van 'n ToF-reeksgrafiek:

'n Voorbeeld van 'n ToF-reeksgrafiek

Noudat ons weet dat ToF werk, hoekom is dit goed? Hoekom dit gebruik? Waarvoor is dit goed? Moenie bekommerd wees nie, daar is baie voordele aan die gebruik van 'n ToF-sensor, maar natuurlik is daar 'n paar beperkings.

3. Die voordele van die gebruik van vlugtydsensors

Akkurate en vinnige meting

In vergelyking met ander afstandsensors soos ultraklank of lasers, kan vlugtydsensors baie vinnig 'n 3D-beeld van 'n toneel saamstel. 'n ToF-kamera kan dit byvoorbeeld net een keer doen. Nie net dit nie, die ToF-sensor kan voorwerpe akkuraat in 'n kort tydjie opspoor en word nie beïnvloed deur humiditeit, lugdruk en temperatuur nie, wat dit geskik maak vir beide binne- en buitegebruik.

lang afstand

Aangesien ToF-sensors lasers gebruik, is hulle ook in staat om lang afstande en reikwydtes met hoë akkuraatheid te meet. ToF-sensors is buigsaam omdat hulle nabye en verre voorwerpe van alle vorms en groottes kan opspoor.

Dit is ook buigsaam in die sin dat jy die optika van die stelsel kan aanpas vir optimale werkverrigting, waar jy die sender- en ontvangertipes en lense kan kies om die verlangde gesigsveld te kry.

Veiligheid

Bekommerd dat die laser van dieToFsensor sal jou oë seermaak? Moenie bekommerd wees nie! Baie ToF-sensors gebruik nou 'n lae-krag infrarooi laser as die ligbron en dryf dit met gemoduleerde pulse aan. Die sensor voldoen aan Klas 1-laserveiligheidsstandaarde om te verseker dat dit veilig is vir die menslike oog.

koste-effektief

In vergelyking met ander 3D-dieptebereik-skanderingstegnologieë soos gestruktureerde ligkamerastelsels of laserafstandmeters, is ToF-sensors baie goedkoper in vergelyking met hulle.

Ten spyte van al hierdie beperkings, is ToF steeds baie betroubaar en 'n baie vinnige metode om 3D-inligting vas te lê.

4. Beperkings van ToF

Alhoewel ToF baie voordele het, het dit ook beperkings. Sommige van die beperkings van ToF sluit in:

• Verspreide lig

As baie helder oppervlaktes baie naby aan jou ToF-sensor is, kan hulle te veel lig in jou ontvanger verstrooi en artefakte en ongewenste weerkaatsings skep, aangesien jou ToF-sensor slegs die lig hoef te weerkaats sodra die meting gereed is.

• Veelvuldige refleksies

Wanneer ToF-sensors op hoeke en konkawe vorms gebruik word, kan hulle ongewenste weerkaatsings veroorsaak, aangesien die lig verskeie kere kan terugkaats en die meting kan verdraai.

• Omgewingslig

Die gebruik van die ToF-kamera buite in helder sonlig kan buitegebruik moeilik maak. Dit is as gevolg van die hoë intensiteit van sonlig wat veroorsaak dat die sensorpixels vinnig versadig word, wat dit onmoontlik maak om die werklike lig wat van die voorwerp weerkaats word, op te spoor.

• Die gevolgtrekking

ToF-sensors enToF-lenskan in 'n verskeidenheid toepassings gebruik word. Van 3D-kartering, industriële outomatisering, obstakelopsporing, selfbesturende motors, landbou, robotika, binnenshuise navigasie, gebaarherkenning, voorwerpskandering, metings, toesig tot toegevoegde realiteit! Die toepassings van ToF-tegnologie is eindeloos.

Jy kan ons kontak vir enige behoeftes van ToF-lense.

Chuang An Optoelectronics fokus op hoëdefinisie optiese lense om 'n perfekte visuele handelsmerk te skep.

Chuang An Optoelectronics het nou 'n verskeidenheid vervaardigTOF-lensesoos:

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