1. Какво е сензор за време на полет (ToF)?

Какво е камера за измерване на времето на полет? Това камерата, която заснема полета на самолета, ли е? Има ли нещо общо със самолети или самолети? Ами всъщност е много далеч!

ToF е мярка за времето, необходимо на обект, частица или вълна да измине разстояние. Знаете ли, че сонарната система на прилепа работи? Системата за време на полет е подобна!

Има много видове сензори за време на полет, но повечето са камери за време на полет и лазерни скенери, които използват технология, наречена лидар (детектори и измерване на светлина), за да измерват дълбочината на различни точки в изображението, като го осветяват с инфрачервена светлина.

Данните, генерирани и заснети с помощта на ToF сензори, са много полезни, тъй като могат да осигурят разпознаване на пешеходци, удостоверяване на потребители въз основа на лицеви черти, картографиране на средата с помощта на SLAM (едновременна локализация и картографиране) алгоритми и други.

Тази система всъщност се използва широко в роботи, автономни автомобили и дори сега във вашите мобилни устройства. Например, ако използвате Huawei P30 Pro, Oppo RX17 Pro, LG G8 ThinQ и др., вашият телефон има ToF камера!

ToF камера

2. Как работи сензорът за време на полет?

Сега бихме искали да дадем кратко въведение за това какво представлява сензорът за време на полет и как работи.

Точност на възможноститеСензорите използват малки лазери, за да излъчват инфрачервена светлина, при която получената светлина се отразява от всеки обект и се връща към сензора. Въз основа на времевата разлика между излъчването на светлина и връщането ѝ към сензора, след като е била отразена от обекта, сензорът може да измери разстоянието между обекта и сензора.

Днес ще разгледаме 2 начина, по които ToF използва времето за пътуване, за да определи разстоянието и дълбочината: чрез използване на импулси за синхронизация и чрез използване на фазово изместване на амплитудно модулирани вълни.

Използвайте импулси с ограничено време

Например, той работи чрез осветяване на цел с лазер, след което измерва отразената светлина със скенер и накрая използва скоростта на светлината, за да екстраполира разстоянието до обекта, за да изчисли точно изминатото разстояние. Освен това, разликата във времето за връщане на лазера и дължината на вълната се използва за създаване на точно цифрово 3D представяне и повърхностни характеристики на целта, както и за визуално картографиране на нейните отделни характеристики.

Както можете да видите по-горе, лазерната светлина се излъчва и след това се отразява от обекта обратно към сензора. Благодарение на времето за връщане на лазера, ToF камерите са в състояние да измерват точни разстояния за кратък период от време, като се има предвид скоростта на движение на светлината. (ToF се преобразува в разстояние) Това е формулата, която анализаторът използва, за да определи точното разстояние до обект:

(скорост на светлината x време на полет) / 2

ToF преобразува в разстояние

Както виждате, таймерът ще стартира, докато светлината е изключена, и когато приемникът получи отразената светлина, таймерът ще върне времето. При изваждане два пъти се получава „времето на полет“ на светлината, а скоростта на светлината е постоянна, така че разстоянието може лесно да се изчисли с помощта на горната формула. По този начин могат да се определят всички точки на повърхността на обекта.

Използвайте фазовото изместване на AM вълната

След това,Точност на възможноститеможе също да използва непрекъснати вълни за откриване на фазовото изместване на отразената светлина, за да определи дълбочината и разстоянието.

Фазово изместване с помощта на AM вълна

Чрез модулиране на амплитудата, той създава синусоидален източник на светлина с известна честота, което позволява на детектора да определи фазовото изместване на отразената светлина, използвайки следната формула:

където c е скоростта на светлината (c = 3 × 10^8 m/s), λ е дължина на вълната (λ = 15 m) и f е честотата, всяка точка на сензора може лесно да бъде изчислена в дълбочина.

Всички тези неща се случват много бързо, тъй като работим със скоростта на светлината. Можете ли да си представите прецизността и скоростта, с които сензорите са способни да измерват? Нека дам пример, светлината се разпространява със скорост от 300 000 километра в секунда, ако даден обект е на 5 м от вас, разликата във времето между напускането на камерата и връщането ѝ е около 33 наносекунди, което е еквивалентно само на 0,000000033 секунди! Уау! Да не говорим, че заснетите данни ще ви дадат точно 3D цифрово представяне за всеки пиксел в изображението.

Независимо от използвания принцип, осигуряването на източник на светлина, който осветява цялата сцена, позволява на сензора да определи дълбочината на всички точки. Такъв резултат ви дава карта на разстоянията, където всеки пиксел кодира разстоянието до съответната точка в сцената. Следва пример за графика на ToF обхвата:

Пример за графика на диапазона на ToF

След като знаем, че ToF сензорите работят, защо са полезни? Защо да ги използваме? За какво са полезни? Не се притеснявайте, има много предимства от използването на ToF сензори, но разбира се, има и някои ограничения.

3. Предимствата от използването на сензори за време на полет

Точно и бързо измерване

В сравнение с други сензори за разстояние, като ултразвук или лазери, сензорите за време на прелитане (time-of-flight) са способни да съставят 3D изображение на сцената много бързо. Например, ToF камера може да направи това само веднъж. Не само това, ToF сензорът е способен да открива обекти точно за кратко време и не се влияе от влажност, въздушно налягане и температура, което го прави подходящ както за употреба на закрито, така и на открито.

дълги разстояния

Тъй като ToF сензорите използват лазери, те са способни да измерват големи разстояния и обхвати с висока точност. ToF сензорите са гъвкави, защото са способни да откриват близки и далечни обекти с всякакви форми и размери.

Също така е гъвкаво, в смисъл, че можете да персонализирате оптиката на системата за оптимална производителност, където можете да изберете типовете предавател и приемник и лещи, за да получите желаното зрително поле.

Безопасност

Притеснява се, че лазерът отТочност на възможноститеЩе ви нарани ли сензорът очите? Не се притеснявайте! Много ToF сензори сега използват нискоенергиен инфрачервен лазер като източник на светлина и го захранват с модулирани импулси. Сензорът отговаря на стандартите за лазерна безопасност клас 1, за да се гарантира, че е безопасен за човешкото око.

рентабилен

В сравнение с други технологии за 3D сканиране в дълбочина, като например системи от камери със структурирана светлина или лазерни далекомери, ToF сензорите са много по-евтини от тях.

Въпреки всички тези ограничения, ToF все още е много надежден и много бърз метод за заснемане на 3D информация.

4. Ограничения на ToF

Въпреки че ToF има много предимства, той има и ограничения. Някои от ограниченията на ToF включват:

• Разсеяна светлина

Ако много ярки повърхности са много близо до вашия ToF сензор, те могат да разсеят твърде много светлина във вашия приемник и да създадат артефакти и нежелани отражения, тъй като вашият ToF сензор трябва да отразява светлината само след като измерването е готово.

• Множество отражения

Когато използвате ToF сензори върху ъгли и вдлъбнати форми, те могат да причинят нежелани отражения, тъй като светлината може да се отразява многократно, изкривявайки измерването.

• Околна светлина

Използването на ToF камера на открито при ярка слънчева светлина може да я затрудни. Това се дължи на високата интензивност на слънчевата светлина, която кара пикселите на сензора бързо да се насищат, което прави невъзможно откриването на действителната светлина, отразена от обекта.

• Заключението

ToF сензори иToF обективможе да се използва в най-различни приложения. От 3D картографиране, индустриална автоматизация, откриване на препятствия, автономни автомобили, селско стопанство, роботика, навигация на закрито, разпознаване на жестове, сканиране на обекти, измервания, наблюдение до добавена реалност! Приложенията на ToF технологията са безкрайни.

Можете да се свържете с нас за всякакви нужди, свързани с ToF обективи.

Chuang An Optoelectronics се фокусира върху оптични лещи с висока разделителна способност, за да създаде перфектна визуална марка

Chuang An Optoelectronics вече произвежда разнообразие отTOF обективикато например:

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