1. Што такое датчык часу пралёту (ToF)?

Што такое камера, якая фіксуе час палёту? Гэта камера, якая фіксуе палёт самалёта? Ці мае яна нейкае дачыненне да самалётаў ці самалётаў? Ну, насамрэч гэта вельмі далёка!

ToF — гэта мера часу, неабходнага аб'екту, часціцы або хвалі, каб пераадолець адлегласць. Ці ведаеце вы, што працуе гідралакатар кажана? Сістэма вымярэння часу палёту падобная!

Існуе мноства відаў датчыкаў часу пралёту, але большасць з іх — гэта камеры часу пралёту і лазерныя сканеры, якія выкарыстоўваюць тэхналогію пад назвай лідар (выяўленне і вызначэнне адлегласці святла) для вымярэння глыбіні розных кропак на выяве шляхам асвятлення іх інфрачырвоным святлом.

Дадзеныя, атрыманыя і атрыманыя з дапамогай датчыкаў ToF, вельмі карысныя, бо могуць забяспечваць выяўленне пешаходаў, аўтэнтыфікацыю карыстальнікаў на аснове рыс твару, картаграфаванне асяроддзя з выкарыстаннем алгарытмаў SLAM (адначасовая лакалізацыя і картаграфаванне) і многае іншае.

Гэтая сістэма насамрэч шырока выкарыстоўваецца ў робатах, беспілотных аўтамабілях і нават цяпер у вашых мабільных прыладах. Напрыклад, калі вы карыстаецеся Huawei P30 Pro, Oppo RX17 Pro, LG G8 ThinQ і г.д., ваш тэлефон мае ToF-камеру!

ToF-камера

2. Як працуе датчык часу пралёту?

Зараз мы хацелі б коратка расказаць пра тое, што такое датчык часу пралёту і як ён працуе.

Тэрмін дзеянняўДатчыкі выкарыстоўваюць малюсенькія лазеры для выпраменьвання інфрачырвонага святла, якое адбіваецца ад любога аб'екта і вяртаецца да датчыка. На падставе розніцы ў часе паміж выпраменьваннем святла і вяртаннем да датчыка пасля адлюстравання ад аб'екта датчык можа вымяраць адлегласць паміж аб'ектам і датчыкам.

Сёння мы разгледзім 2 спосабы выкарыстання часу праходжання для вызначэння адлегласці і глыбіні ў ToF: выкарыстанне сінхранізуючых імпульсаў і выкарыстанне фазавага зрушэння амплітудна-мадуляваных хваль.

Выкарыстоўвайце імпульсы з абмежаваным часам

Напрыклад, ён працуе, асвятляючы мішэнь лазерам, затым вымяраючы адлюстраванае святло сканерам, а затым выкарыстоўваючы хуткасць святла для экстрапаляцыі адлегласці да аб'екта, каб дакладна вылічыць пройдзеную адлегласць. Акрамя таго, розніца ў часе вяртання лазера і даўжыні хвалі выкарыстоўваецца для стварэння дакладнага лічбавага 3D-відавоку і паверхневых асаблівасцей мішэні, а таксама для візуальнага адлюстравання яе асобных асаблівасцей.

Як бачыце вышэй, лазерны прамень выпраменьваецца, а затым адбіваецца ад аб'екта назад да датчыка. Дзякуючы часу вяртання лазера, камеры ToF здольныя вымяраць дакладныя адлегласці за кароткі прамежак часу, улічваючы хуткасць распаўсюджвання святла. (ToF пераўтвараецца ў адлегласць) Гэта формула, якую аналітык выкарыстоўвае для вызначэння дакладнай адлегласці да аб'екта:

(хуткасць святла х час палёту) / 2

ToF пераўтварае ў адлегласць

Як бачыце, таймер запусціцца, калі святло выключана, і калі прыёмнік атрымае зваротнае святло, таймер верне час. Пры падвойным адніманні атрымліваецца «час пралёту» святла, а хуткасць святла пастаянная, таму адлегласць можна лёгка вылічыць па прыведзенай вышэй формуле. Такім чынам можна вызначыць усе кропкі на паверхні аб'екта.

Выкарыстоўвайце фазавы зрух AM-хвалі

Далей,Тэрмін дзеянняўтаксама можна выкарыстоўваць бесперапынныя хвалі для выяўлення фазавага зруху адлюстраванага святла для вызначэння глыбіні і адлегласці.

Фазавы зрух з выкарыстаннем AM-хвалі

Мадулюючы амплітуду, ён стварае сінусоідную крыніцу святла з вядомай частатой, што дазваляе дэтэктару вызначыць фазавы зрух адлюстраванага святла з дапамогай наступнай формулы:

дзе c — хуткасць святла (c = 3 × 10^8 м/с), λ — даўжыня хвалі (λ = 15 м), а f — частата, кожную кропку на датчыку можна лёгка вылічыць у глыбіню.

Усё гэта адбываецца вельмі хутка, бо мы працуем са хуткасцю святла. Ці можаце вы ўявіць сабе дакладнасць і хуткасць, з якой датчыкі здольныя вымяраць? Дазвольце мне прывесці прыклад: святло распаўсюджваецца з хуткасцю 300 000 кіламетраў у секунду. Калі аб'ект знаходзіцца на адлегласці 5 метраў ад вас, розніца ў часе паміж выхадам святла з камеры і вяртаннем складае каля 33 нанасекунды, што эквівалентна ўсяго 0,000000033 секунды! Вось гэта так! Не кажучы ўжо пра тое, што атрыманыя дадзеныя дадуць вам дакладнае трохмернае лічбавае прадстаўленне для кожнага пікселя на выяве.

Незалежна ад выкарыстоўванага прынцыпу, наяўнасць крыніцы святла, якая асвятляе ўсю сцэну, дазваляе датчыку вызначаць глыбіню ўсіх кропак. У выніку атрымліваецца карта адлегласцей, дзе кожны піксель кадуе адлегласць да адпаведнай кропкі ў сцэне. Ніжэй прыведзены прыклад графіка дыяпазону ToF:

Прыклад графіка дыяпазону ToF

Цяпер, калі мы ведаем, што ToF працуе, чаму ён добры? Навошта яго выкарыстоўваць? Для чаго ён патрэбны? Не хвалюйцеся, выкарыстанне ToF-датчыка мае шмат пераваг, але, вядома, ёсць і некаторыя абмежаванні.

3. Перавагі выкарыстання датчыкаў часу пралёту

Дакладнае і хуткае вымярэнне

У параўнанні з іншымі датчыкамі адлегласці, такімі як ультрагукавыя або лазерныя, датчыкі часу пралёту здольныя вельмі хутка ствараць трохмерны малюнак сцэны. Напрыклад, ToF-камера можа зрабіць гэта толькі адзін раз. Больш за тое, ToF-датчык здольны дакладна выяўляць аб'екты за кароткі час і не залежыць ад вільготнасці, ціску паветра і тэмпературы, што робіць яго прыдатным для выкарыстання як у памяшканнях, так і на вуліцы.

вялікая адлегласць

Паколькі датчыкі ToF выкарыстоўваюць лазеры, яны таксама здольныя вымяраць вялікія адлегласці і дыстанцыі з высокай дакладнасцю. Датчыкі ToF з'яўляюцца гнуткімі, бо яны здольныя выяўляць блізкія і далёкія аб'екты ўсіх формаў і памераў.

Гэта таксама гнутка ў тым сэнсе, што вы можаце наладзіць оптыку сістэмы для аптымальнай прадукцыйнасці, выбіраючы тыпы перадатчыка і прымача, а таксама аб'ектывы, каб атрымаць патрэбнае поле зроку.

Бяспека

Хвалююся, што лазер адТэрмін дзеянняўдатчык пашкодзіць вашым вачам? Не хвалюйцеся! Многія датчыкі ToF цяпер выкарыстоўваюць маламагутны інфрачырвоны лазер у якасці крыніцы святла і кіруюць ім з дапамогай мадуляваных імпульсаў. Датчык адпавядае стандартам лазернай бяспекі класа 1, што гарантуе яго бяспеку для чалавечага вока.

эканамічна эфектыўны

У параўнанні з іншымі тэхналогіямі трохмернага сканавання глыбіні, такімі як сістэмы камер са структураваным святлом або лазерныя далямеры, датчыкі ToF значна таннейшыя.

Нягледзячы на ​​ўсе гэтыя абмежаванні, ToF усё яшчэ вельмі надзейны і вельмі хуткі метад атрымання трохмернай інфармацыі.

4. Абмежаванні ToF

Нягледзячы на ​​шматлікія перавагі, ToF таксама мае абмежаванні. Некаторыя з абмежаванняў ToF ўключаюць:

• Рассеянае святло

Калі вельмі яркія паверхні знаходзяцца вельмі блізка да вашага датчыка ToF, яны могуць рассейваць занадта шмат святла ў прыёмнік і ствараць артэфакты і непажаданыя водбліскі, бо ваш датчык ToF павінен адлюстроўваць святло толькі пасля таго, як вымярэнне гатова.

• Множныя адлюстраванні

Пры выкарыстанні датчыкаў ToF на кутах і ўвагнутых формах яны могуць выклікаць непажаданыя адлюстраванні, бо святло можа адбівацца некалькі разоў, скажаючы вымярэнне.

• Навакольнае асвятленне

Выкарыстанне ToF-камеры на вуліцы пры яркім сонечным святле можа ўскладніць яе выкарыстанне. Гэта звязана з тым, што высокая інтэнсіўнасць сонечнага святла прыводзіць да хуткага насычэння пікселяў датчыка, што робіць немагчымым выяўленне фактычнага святла, адлюстраванага ад аб'екта.

• Выснова

ToF-датчыкі іToF-аб'ектыўможа выкарыстоўвацца ў розных сферах прымянення. Ад 3D-картаграфавання, прамысловай аўтаматызацыі, выяўлення перашкод, беспілотных аўтамабіляў, сельскай гаспадаркі, робататэхнікі, навігацыі ў памяшканнях, распазнавання жэстаў, сканавання аб'ектаў, вымярэнняў, відэаназірання да дапоўненай рэальнасці! Прымяненне тэхналогіі ToF бязмежнае.

Вы можаце звязацца з намі па любых пытаннях, звязаных з ToF-лінзамі.

Chuang An Optoelectronics спецыялізуецца на аптычных лінзах высокай выразнасці, каб стварыць ідэальны візуальны брэнд

Кампанія Chuang An Optoelectronics цяпер вырабляе разнастайныяTOF-лінзытакія як:

CH3651A f3,6 мм F1,2 1/2″ IR850 нм

CH3651B f3,6 мм F1,2 1/2″ IR940 нм

CH3652A f3,3 мм F1,1 1/3″ IR850 нм

CH3652B f3,3 мм F1,1 1/3″ IR940 нм

CH3653A f3,9 мм F1,1 1/3″ IR850 нм

CH3653B f3.9mm F1.1 1/3″ IR940nm

CH3654A f5.0mm F1.1 1/3″ IR850nm

CH3654B f5.0mm F1.1 1/3″ IR940nm