1. Uçuş vaxtı (ToF) sensoru nədir?

Uçuş vaxtı kamerası nədir? Təyyarənin uçuşunu çəkən kameradırmı? Bunun təyyarələrlə və ya təyyarələrlə əlaqəsi varmı? Əslində, bu, çox uzaqdadır!

ToF, bir cismin, hissəciyin və ya dalğanın məsafə qət etməsi üçün lazım olan vaxtın ölçüsüdür. Yarasanın sonar sisteminin işlədiyini bilirdinizmi? Uçuş vaxtı sistemi də oxşardır!

Uçuş vaxtı sensorlarının bir çox növü var, lakin əksəriyyəti uçuş vaxtı kameraları və lazer skanerləridir və onlar infraqırmızı işıqla işıqlandıraraq görüntüdəki müxtəlif nöqtələrin dərinliyini ölçmək üçün lidar (işıq aşkarlanması və məsafə ölçmə) adlı texnologiyadan istifadə edirlər.

ToF sensorlarından istifadə edərək yaradılan və tutulan məlumatlar çox faydalıdır, çünki onlar piyada aşkarlanması, üz cizgilərinə əsaslanan istifadəçi identifikasiyası, SLAM (sinxron lokalizasiya və xəritələşdirmə) alqoritmlərindən istifadə edərək ətraf mühit xəritələşdirilməsi və daha çoxunu təmin edə bilər.

Bu sistem əslində robotlarda, özünü idarə edən avtomobillərdə və hətta indi mobil cihazlarınızda geniş istifadə olunur. Məsələn, Huawei P30 Pro, Oppo RX17 Pro, LG G8 ThinQ və s. istifadə edirsinizsə, telefonunuzda ToF kamerası var!

ToF kamerası

2. Uçuş vaxtı sensoru necə işləyir?

İndi isə uçuş vaxtı sensorunun nə olduğunu və necə işlədiyini qısaca izah etmək istərdik.

ToFSensorlar infraqırmızı işıq yaymaq üçün kiçik lazerlərdən istifadə edirlər, burada yaranan işıq istənilən obyektdən sıçrayır və sensora qayıdır. İşığın yayılması ilə obyekt tərəfindən əks olunduqdan sonra sensora qayıtması arasındakı zaman fərqinə əsasən, sensor obyektlə sensor arasındakı məsafəni ölçə bilər.

Bu gün ToF-un məsafəni və dərinliyi təyin etmək üçün səyahət vaxtından necə istifadə etdiyinin 2 yolunu araşdıracağıq: zamanlama impulslarından və amplituda modulyasiya olunmuş dalğaların faza dəyişməsindən istifadə etməklə.

Zamanlı impulslardan istifadə edin

Məsələn, hədəfi lazerlə işıqlandırmaqla, sonra əks olunmuş işığı skanerlə ölçməklə və daha sonra işıq sürətindən istifadə edərək obyektin məsafəsini ekstrapolyasiya etməklə işləyir ki, qət edilən məsafə dəqiq hesablansın. Bundan əlavə, lazerin geri qayıtma müddəti və dalğa uzunluğundakı fərq hədəfin dəqiq rəqəmsal 3D təsvirini və səth xüsusiyyətlərini yaratmaq və onun fərdi xüsusiyyətlərini vizual olaraq xəritələşdirmək üçün istifadə olunur.

Yuxarıda gördüyünüz kimi, lazer işığı yayılır və sonra obyektdən sensora geri sıçrayır. Lazerin geri qayıtma müddəti ilə ToF kameraları işığın hərəkət sürətini nəzərə alaraq qısa müddət ərzində dəqiq məsafələri ölçə bilir. (ToF məsafəyə çevrilir) Bu, analitikin obyektin dəqiq məsafəsinə çatmaq üçün istifadə etdiyi düsturdur:

(işıq sürəti x uçuş vaxtı) / 2

ToF məsafəyə çevrilir

Gördüyünüz kimi, taymer işıq sönərkən işə düşəcək və qəbuledici geri işığı aldıqda, taymer vaxtı qaytaracaq. İki dəfə çıxdıqda işığın "uçuş vaxtı" əldə edilir və işığın sürəti sabit olur, buna görə də məsafə yuxarıdakı düsturdan istifadə edərək asanlıqla hesablana bilər. Bu şəkildə cismin səthindəki bütün nöqtələr təyin edilə bilər.

AM dalğasının faza dəyişməsindən istifadə edin

Növbəti,ToFdərinliyi və məsafəni müəyyən etmək üçün əks olunan işığın faza dəyişməsini aşkar etmək üçün davamlı dalğalardan da istifadə edə bilər.

AM dalğasından istifadə edərək faza dəyişməsi

Amplitudu modulyasiya etməklə, məlum tezlikli sinusoidal işıq mənbəyi yaradır və bu da detektorun aşağıdakı düsturdan istifadə edərək əks olunan işığın faza sürüşməsini təyin etməsinə imkan verir:

burada c işığın sürətidir (c = 3 × 10^8 m/s), λ dalğa uzunluğudur (λ = 15 m) və f tezlikdir, sensordakı hər nöqtə asanlıqla dərinlikdə hesablana bilər.

Bütün bunlar işıq sürəti ilə işləyərkən çox sürətlə baş verir. Sensorların ölçə biləcəyi dəqiqliyi və sürəti təsəvvür edə bilərsinizmi? Bir nümunə verim, işıq saniyədə 300.000 kilometr sürətlə hərəkət edir, əgər bir obyekt sizdən 5 metr məsafədədirsə, işıq kameradan çıxan və geri qayıdan arasındakı zaman fərqi təxminən 33 nanosaniyədir ki, bu da cəmi 0.000000033 saniyəyə bərabərdir! Vay! Bundan əlavə, çəkilən məlumatlar sizə şəkildəki hər piksel üçün dəqiq 3D rəqəmsal təsvir verəcək.

İstifadə olunan prinsipdən asılı olmayaraq, bütün mənzərəni işıqlandıran bir işıq mənbəyi təmin etmək sensorun bütün nöqtələrin dərinliyini təyin etməsinə imkan verir. Belə bir nəticə sizə hər bir pikselin səhnədəki müvafiq nöqtəyə qədər olan məsafəni kodladığı məsafə xəritəsi verir. Aşağıda ToF diapazon qrafikinə nümunə verilmişdir:

ToF diapazon qrafikinə nümunə

İndi ToF-un işlədiyini bildiyimiz üçün niyə yaxşıdır? Niyə istifadə olunur? Onlar nə üçün yaxşıdır? Narahat olmayın, ToF sensorundan istifadənin bir çox üstünlükləri var, amma əlbəttə ki, bəzi məhdudiyyətlər də var.

3. Uçuş vaxtı sensorlarından istifadənin faydaları

Dəqiq və sürətli ölçmə

Ultrasəs və ya lazer kimi digər məsafə sensorları ilə müqayisədə uçuş vaxtı sensorları bir mənzərənin 3D görüntüsünü çox tez bir zamanda tərtib edə bilir. Məsələn, ToF kamerası bunu yalnız bir dəfə edə bilər. Bununla yanaşı, ToF sensoru obyektləri qısa müddətdə dəqiq aşkarlaya bilir və rütubətdən, hava təzyiqindən və temperaturdan təsirlənmir, bu da onu həm qapalı, həm də açıq havada istifadə üçün uyğun edir.

uzun məsafə

ToF sensorları lazerlərdən istifadə etdiyindən, onlar həmçinin uzun məsafələri və diapazonları yüksək dəqiqliklə ölçməyə qadirdirlər. ToF sensorları çevikdir, çünki onlar bütün forma və ölçülərdə yaxın və uzaq obyektləri aşkar edə bilirlər.

Bu, həmçinin optimal performans üçün sistemin optikasını fərdiləşdirə bildiyiniz, istədiyiniz baxış sahəsini əldə etmək üçün ötürücü və qəbuledici növlərini və linzaları seçə biləcəyiniz mənada çevikdir.

Təhlükəsizlik

Narahat idim ki, lazerdənToFSensor gözlərinizə zərər verərmi? Narahat olmayın! Bir çox ToF sensoru artıq işıq mənbəyi kimi aşağı güclü infraqırmızı lazerdən istifadə edir və onu modulyasiya olunmuş impulslarla idarə edir. Sensor insan gözü üçün təhlükəsiz olmasını təmin etmək üçün 1-ci sinif lazer təhlükəsizlik standartlarına cavab verir.

səmərəli

Strukturlaşdırılmış işıq kamerası sistemləri və ya lazer məsafəölçənləri kimi digər 3D dərinlik diapazonu skanlama texnologiyaları ilə müqayisədə ToF sensorları onlarla müqayisədə daha ucuzdur.

Bütün bu məhdudiyyətlərə baxmayaraq, ToF hələ də çox etibarlıdır və 3D məlumat əldə etmək üçün çox sürətli bir üsuldur.

4. ToF-un məhdudiyyətləri

ToF-un bir çox faydası olsa da, məhdudiyyətləri də var. ToF-un bəzi məhdudiyyətləri bunlardır:

• Səpələnmiş işıq

Əgər çox parlaq səthlər ToF sensorunuza çox yaxındırsa, onlar qəbuledicinizə çoxlu işıq səpə bilər və artefaktlara və istənməyən əks olunmalara səbəb ola bilər, çünki ToF sensorunuz yalnız ölçmə hazır olduqdan sonra işığı əks etdirməlidir.

• Çoxsaylı əkslər

Künclərdə və içbükey formalarda ToF sensorlarından istifadə edərkən, işıq dəfələrlə sıçrayaraq ölçməni təhrif edə biləcəyi üçün istənməyən əks olunmalara səbəb ola bilər.

• Ətraf mühit işığı

ToF kamerasını açıq havada parlaq günəş işığında istifadə etmək açıq havada istifadəni çətinləşdirə bilər. Bu, günəş işığının yüksək intensivliyi sensor piksellərinin tez bir zamanda doymasına və obyektdən əks olunan işığı aşkarlamağı qeyri-mümkün etməsi ilə əlaqədardır.

• Nəticə

ToF sensorları vəToF linzasımüxtəlif tətbiq sahələrində istifadə edilə bilər. 3D Xəritəçəkmə, Sənaye Avtomatlaşdırması, Maneə Aşkarlama, Özünüidarə Edən Avtomobillər, Kənd Təsərrüfatı, Robototexnika, Daxili Naviqasiya, Jest Tanıma, Obyekt Skanlama, Ölçmələr, Müşahidədən Genişləndirilmiş Reallığa qədər! ToF texnologiyasının tətbiq sahələri sonsuzdur.

ToF linzaları ilə bağlı hər hansı bir ehtiyacınız üçün bizimlə əlaqə saxlaya bilərsiniz.

Chuang An Optoelectronics mükəmməl vizual brend yaratmaq üçün yüksək dəqiqlikli optik linzalara diqqət yetirir

Chuang An Optoelectronics indi müxtəlif məhsullar istehsal edibTOF linzalarıkimi:

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