1. Šta je senzor vremena leta (ToF)?

Šta je kamera koja mjeri vrijeme leta aviona? Da li je to kamera koja snima let aviona? Ima li to neke veze sa avionima ili avionima? Pa, zapravo je to jako daleko!

ToF je mjera vremena potrebnog da objekt, čestica ili val pređe određenu udaljenost. Da li ste znali da sonarni sistem šišmiša funkcioniše? Sistem za mjerenje vremena leta je sličan!

Postoji mnogo vrsta senzora za mjerenje vremena leta, ali većina su kamere za mjerenje vremena leta i laserski skeneri, koji koriste tehnologiju zvanu lidar (detekcija i određivanje dometa svjetlosti) za mjerenje dubine različitih tačaka na slici osvjetljavanjem infracrvenim svjetlom.

Podaci generirani i snimljeni pomoću ToF senzora vrlo su korisni jer mogu omogućiti detekciju pješaka, autentifikaciju korisnika na osnovu crta lica, mapiranje okruženja pomoću SLAM (simultana lokalizacija i mapiranje) algoritama i još mnogo toga.

Ovaj sistem se zapravo široko koristi u robotima, automobilima koji sami voze, pa čak i sada u vašim mobilnim uređajima. Na primjer, ako koristite Huawei P30 Pro, Oppo RX17 Pro, LG G8 ThinQ itd., vaš telefon ima ToF kameru!

ToF kamera

2. Kako funkcioniše senzor vremena leta?

Sada bismo željeli ukratko objasniti šta je senzor vremena leta i kako funkcioniše.

ToFSenzori koriste sićušne lasere za emitovanje infracrvene svjetlosti, gdje se rezultirajuća svjetlost odbija od bilo kojeg objekta i vraća se na senzor. Na osnovu vremenske razlike između emisije svjetlosti i povratka na senzor nakon što se reflektuje od objekta, senzor može izmjeriti udaljenost između objekta i senzora.

Danas ćemo istražiti dva načina kako ToF koristi vrijeme putovanja za određivanje udaljenosti i dubine: korištenje vremenskih impulsa i korištenje faznog pomjeranja amplitudno moduliranih valova.

Koristite vremenski ograničene impulse

Na primjer, funkcioniše tako što osvijetli metu laserom, zatim izmjeri reflektiranu svjetlost skenerom, a potom koristi brzinu svjetlosti za ekstrapolaciju udaljenosti objekta kako bi precizno izračunao pređenu udaljenost. Osim toga, razlika u vremenu povratka lasera i talasnoj dužini se zatim koristi za izradu preciznog digitalnog 3D prikaza i površinskih karakteristika mete, te vizuelno mapiranje njenih pojedinačnih karakteristika.

Kao što možete vidjeti gore, laserska svjetlost se ispaljuje, a zatim se odbija od objekta nazad do senzora. Zahvaljujući vremenu povratka lasera, ToF kamere su u stanju da izmjere tačne udaljenosti u kratkom vremenskom periodu s obzirom na brzinu putovanja svjetlosti. (ToF se pretvara u udaljenost) Ovo je formula koju analitičar koristi da bi došao do tačne udaljenosti objekta:

(brzina svjetlosti x vrijeme leta) / 2

ToF se pretvara u udaljenost

Kao što vidite, tajmer će se pokrenuti dok je svjetlo isključeno, a kada prijemnik primi povratno svjetlo, tajmer će vratiti vrijeme. Oduzimanjem dva puta dobija se "vrijeme leta" svjetlosti, a brzina svjetlosti je konstantna, tako da se udaljenost može lako izračunati pomoću gornje formule. Na taj način se mogu odrediti sve tačke na površini objekta.

Koristite fazni pomak AM vala

Zatim,ToFTakođer može koristiti kontinuirane valove za detekciju faznog pomaka reflektirane svjetlosti kako bi se odredila dubina i udaljenost.

Fazni pomak korištenjem AM vala

Modulacijom amplitude stvara se sinusoidni izvor svjetlosti poznate frekvencije, što detektoru omogućava da odredi fazni pomak reflektirane svjetlosti koristeći sljedeću formulu:

gdje je c brzina svjetlosti (c = 3 × 10^8 m/s), λ je talasna dužina (λ = 15 m), a f je frekvencija, svaka tačka na senzoru se može lako izračunati u dubinu.

Sve se ove stvari dešavaju veoma brzo jer radimo brzinom svjetlosti. Možete li zamisliti preciznost i brzinu kojom senzori mogu mjeriti? Dozvolite mi da navedem primjer, svjetlost putuje brzinom od 300.000 kilometara u sekundi, ako je objekat udaljen 5 metara od vas, vremenska razlika između napuštanja kamere i povratka svjetlosti je oko 33 nanosekunde, što je ekvivalentno samo 0,000000033 sekundi! Vau! A da ne spominjemo, snimljeni podaci će vam dati tačan 3D digitalni prikaz za svaki piksel na slici.

Bez obzira na korišteni princip, obezbjeđivanje izvora svjetlosti koji osvjetljava cijelu scenu omogućava senzoru da odredi dubinu svih tačaka. Takav rezultat vam daje mapu udaljenosti gdje svaki piksel kodira udaljenost do odgovarajuće tačke u sceni. Slijedi primjer grafikona dometa ToF-a:

Primjer grafikona raspona ToF-a

Sada kada znamo da ToF funkcioniše, zašto je dobar? Zašto ga koristiti? Za šta su dobri? Ne brinite, postoje mnoge prednosti korištenja ToF senzora, ali naravno postoje i neka ograničenja.

3. Prednosti korištenja senzora za mjerenje vremena leta

Precizno i ​​brzo mjerenje

U poređenju sa drugim senzorima udaljenosti kao što su ultrazvuk ili laseri, senzori vremena leta (TIF) mogu vrlo brzo sastaviti 3D sliku scene. Na primjer, ToF kamera to može učiniti samo jednom. Osim toga, ToF senzor je u stanju precizno detektovati objekte u kratkom vremenu i na njega ne utiču vlažnost, pritisak vazduha i temperatura, što ga čini pogodnim za upotrebu i u zatvorenom i na otvorenom prostoru.

duge udaljenosti

Budući da ToF senzori koriste lasere, oni su također sposobni mjeriti velike udaljenosti i domete s visokom preciznošću. ToF senzori su fleksibilni jer mogu detektirati bliske i udaljene objekte svih oblika i veličina.

Također je fleksibilan u smislu da možete prilagoditi optiku sistema za optimalne performanse, gdje možete odabrati tipove predajnika i prijemnika i sočiva kako biste dobili željeno vidno polje.

Sigurnost

Zabrinut da laser izToFHoće li vam senzor oštetiti oči? Ne brinite! Mnogi ToF senzori sada koriste infracrveni laser male snage kao izvor svjetlosti i pokreću ga moduliranim impulsima. Senzor ispunjava standarde sigurnosti lasera klase 1 kako bi se osigurala sigurnost za ljudsko oko.

isplativo

U poređenju s drugim tehnologijama 3D skeniranja dubinskog opsega, kao što su sistemi kamera sa strukturiranom svjetlošću ili laserski daljinomjeri, ToF senzori su mnogo jeftiniji u odnosu na njih.

Uprkos svim ovim ograničenjima, ToF je i dalje vrlo pouzdana i brza metoda za snimanje 3D informacija.

4. Ograničenja ToF-a

Iako ToF ima mnogo prednosti, ima i ograničenja. Neka od ograničenja ToF-a uključuju:

• Raspršeno svjetlo

Ako su vrlo svijetle površine vrlo blizu vašeg ToF senzora, one mogu raspršiti previše svjetlosti u vaš prijemnik i stvoriti artefakte i neželjene refleksije, budući da vaš ToF senzor treba reflektirati svjetlost tek kada je mjerenje spremno.

• Višestruki odrazi

Prilikom korištenja ToF senzora na uglovima i konkavnim oblicima, mogu uzrokovati neželjene refleksije, jer se svjetlost može više puta odbiti, iskrivljujući mjerenje.

• Ambijentalno svjetlo

Korištenje ToF kamere na otvorenom pri jakom sunčevom svjetlu može otežati upotrebu na otvorenom. To je zbog visokog intenziteta sunčeve svjetlosti koji uzrokuje brzo zasićenje piksela senzora, što onemogućava detekciju stvarne svjetlosti reflektirane od objekta.

• Zaključak

ToF senzori iToF objektivMože se koristiti u raznim primjenama. Od 3D mapiranja, industrijske automatizacije, detekcije prepreka, autonomnih automobila, poljoprivrede, robotike, navigacije u zatvorenom prostoru, prepoznavanja gestikulacije, skeniranja objekata, mjerenja, nadzora do proširene stvarnosti! Primjene ToF tehnologije su beskrajne.

Možete nas kontaktirati za sve potrebe vezane za ToF objektive.

Chuang An Optoelectronics se fokusira na optička sočiva visoke definicije kako bi stvorio savršen vizuelni brend.

Chuang An Optoelectronics je sada proizveo razneTOF objektivikao što su:

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