1. Kio estas sensoro kun tempo-de-flugo (ToF)?

Kio estas fotilo por la tempo de flugo? Ĉu ĝi estas la fotilo, kiu kaptas la flugon de la aviadilo? Ĉu ĝi rilatas al aviadiloj aŭ aviadiloj? Nu, fakte estas tre malproksime!

ToF estas mezuro de la tempo, kiun objekto, partiklo aŭ ondo bezonas por vojaĝi distancon. Ĉu vi sciis, ke la sonara sistemo de vesperto funkcias? La sistemo de flugtempo estas simila!

Ekzistas multaj specoj de tempo-de-flugsensiloj, sed plej multaj estas tempo-de-flugfotiloj kaj laserskaniloj, kiuj uzas teknologion nomatan lidaro (lumdetekto kaj distancigo) por mezuri la profundon de diversaj punktoj en bildo per brilado de infraruĝa lumo.

Datumoj generitaj kaj kaptitaj per ToF-sensiloj estas tre utilaj, ĉar ili povas provizi piedirantan detekton, uzantan aŭtentigon bazitan sur vizaĝaj trajtoj, median mapadon uzante SLAM-algoritmojn (samtempaj lokalizo kaj mapado), kaj pli.

Ĉi tiu sistemo estas fakte vaste uzata en robotoj, memveturantaj aŭtoj, kaj eĉ nun via poŝtelefono. Ekzemple, se vi uzas Huawei P30 Pro, Oppo RX17 Pro, LG G8 ThinQ, ktp., via telefono havas ToF-fotilon!

ToF-fotilo

2. Kiel funkcias la sensilo pri flugtempo?

Nun, ni ŝatus doni koncizan enkondukon pri kio estas sensilo de flugtempo kaj kiel ĝi funkcias.

ToFSensiloj uzas etajn laserojn por elsendi infraruĝan lumon, kie la rezulta lumo resaltas de iu ajn objekto kaj revenas al la sensilo. Surbaze de la tempodiferenco inter la elsendo de lumo kaj la reveno al la sensilo post esti reflektita de la objekto, la sensilo povas mezuri la distancon inter la objekto kaj la sensilo.

Hodiaŭ, ni esploros du manierojn kiel ToF uzas vojaĝtempon por determini distancon kaj profundon: uzante tempigajn pulsojn, kaj uzante fazŝovon de amplitudmodulitaj ondoj.

Uzu tempigitajn pulsojn

Ekzemple, ĝi funkcias per lumigado de celo per lasero, poste mezurado de la reflektita lumo per skanilo, kaj poste uzado de la lumrapideco por eksterpoli la distancon de la objekto por precize kalkuli la trairita distanco. Krome, la diferenco en la lasera reventempo kaj ondolongo estas poste uzata por fari precizan ciferecan 3D-reprezentaĵon kaj surfacajn trajtojn de la celo, kaj vide mapi ĝiajn individuajn trajtojn.

Kiel vi povas vidi supre, lasera lumo estas pafita kaj poste resaltas de la objekto reen al la sensilo. Kun la lasera reventempo, ToF-fotiloj kapablas mezuri precizajn distancojn en mallonga tempodaŭro, konsiderante la rapidon de lumvojaĝo. (ToF konvertiĝas al distanco) Jen la formulo, kiun analizisto uzas por atingi la precizan distancon de objekto:

(lumrapideco x flugtempo) / 2

ToF konvertiĝas al distanco

Kiel vi povas vidi, la tempmezurilo komenciĝos dum la lumo estas malŝaltita, kaj kiam la ricevilo ricevos la respondan lumon, la tempmezurilo redonos la tempon. Subtrahante dufoje, oni akiras la "flugtempon" de la lumo, kaj la lumrapido estas konstanta, do la distanco povas esti facile kalkulita per la supra formulo. Tiel, ĉiuj punktoj sur la surfaco de la objekto povas esti determinitaj.

Uzu la fazŝovon de la AM-ondo

Sekve, laToFpovas ankaŭ uzi kontinuajn ondojn por detekti la fazoŝovon de la reflektita lumo por determini profundon kaj distancon.

Fazoŝovo uzante AM-ondon

Modulante la amplitudon, ĝi kreas sinusoidan lumfonton kun konata frekvenco, permesante al la detektilo determini la fazoŝovon de la reflektita lumo uzante la jenan formulon:

kie c estas la lumrapideco (c = 3 × 10^8 m/s), λ estas ondolongo (λ = 15 m), kaj f estas la frekvenco, ĉiu punkto sur la sensilo povas esti facile kalkulita profunde.

Ĉio ĉi okazas tre rapide dum ni laboras je la lumrapido. Ĉu vi povas imagi la precizecon kaj rapidecon, kun kiuj sensiloj kapablas mezuri? Permesu al mi doni ekzemplon, lumo vojaĝas je rapideco de 300 000 kilometroj sekunde, se objekto estas 5 metrojn for de vi, la tempodiferenco inter la lumo eliranta el la fotilo kaj revenanta estas ĉirkaŭ 33 nanosekundoj, kio egalas nur al 0,000000033 sekundoj! Ŭaŭ! Kaj kompreneble, la kaptitaj datumoj donos al vi precizan 3D ciferecan reprezentaĵon por ĉiu pikselo en la bildo.

Sendepende de la uzata principo, provizi lumfonton kiu lumigas la tutan scenon permesas al la sensilo determini la profundon de ĉiuj punktoj. Tia rezulto donas al vi distancmapon kie ĉiu pikselo ĉifras la distancon al la koresponda punkto en la sceno. Jen ekzemplo de ToF-distancgrafo:

Ekzemplo de ToF-intervala grafeo

Nun kiam ni scias, ke ToF funkcias, kial ĝi estas bona? Kial uzi ĝin? Por kio ili taŭgas? Ne zorgu, estas multaj avantaĝoj uzi ToF-sensilon, sed kompreneble estas kelkaj limigoj.

3. La avantaĝoj de uzado de tempo-de-flugsensiloj

Preciza kaj rapida mezurado

Kompare kun aliaj distancsensiloj kiel ultrasono aŭ laseroj, tempo-de-flugsensiloj kapablas komponi 3D-bildon de sceno tre rapide. Ekzemple, ToF-fotilo povas fari tion nur unufoje. Ne nur tio, la ToF-sensilo kapablas detekti objektojn precize en mallonga tempo kaj ne estas influita de humideco, aerpremo kaj temperaturo, kio igas ĝin taŭga por kaj endoma kaj eksterdoma uzo.

longa distanco

Ĉar ToF-sensiloj uzas laserojn, ili ankaŭ kapablas mezuri longajn distancojn kaj atingopovojn kun alta precizeco. ToF-sensiloj estas flekseblaj ĉar ili kapablas detekti proksimajn kaj malproksimajn objektojn de ĉiuj formoj kaj grandecoj.

Ĝi ankaŭ estas fleksebla en la senco, ke vi povas adapti la optikon de la sistemo por optimuma rendimento, kie vi povas elekti la tipojn de sendilo kaj ricevilo kaj lensojn por atingi la deziratan vidkampon.

Sekureco

Maltrankvila, ke la lasero de laToFĈu sensilo vundos viajn okulojn? Ne zorgu! Multaj ToF-sensiloj nun uzas malalt-potencan infraruĝan laseron kiel lumfonton kaj funkciigas ĝin per modulitaj pulsoj. La sensilo plenumas la sekurecnormojn de Klaso 1 por laseroj por certigi, ke ĝi estas sekura por la homa okulo.

kostefika

Kompare kun aliaj 3D-profundaj skanadaj teknologioj kiel ekzemple strukturitaj lumfotilsistemoj aŭ laseraj distancmezuriloj, ToF-sensiloj estas multe pli malmultekostaj kompare kun ili.

Malgraŭ ĉiuj ĉi tiuj limigoj, ToF estas ankoraŭ tre fidinda kaj tre rapida metodo por kapti 3D-informojn.

4. Limigoj de ToF

Kvankam ToF havas multajn avantaĝojn, ĝi ankaŭ havas limigojn. Kelkaj el la limigoj de ToF inkluzivas:

• Disa lumo

Se tre helaj surfacoj estas tre proksimaj al via ToF-sensilo, ili povas disigi tro multe da lumo en vian ricevilon kaj krei artefaktojn kaj nedeziratajn reflektojn, ĉar via ToF-sensilo nur bezonas reflekti la lumon post kiam la mezurado estas preta.

• Multoblaj reflektoj

Kiam oni uzas ToF-sensilojn sur anguloj kaj konkavaj formoj, ili povas kaŭzi nedeziratajn reflektojn, ĉar la lumo povas resalti plurfoje, distordante la mezuradon.

• Ĉirkaŭa lumo

Uzi la ToF-fotilon ekstere en brila sunlumo povas malfaciligi la uzon. Tio ŝuldiĝas al la alta intenseco de sunlumo, kiu kaŭzas rapidan saturiĝon de la sensilaj pikseloj, malebligante detekti la efektivan lumon reflektitan de la objekto.

• La konkludo

ToF-sensiloj kajToF-lensopovas esti uzata en diversaj aplikoj. De 3D-mapado, industria aŭtomatigo, obstaklodetekto, memveturantaj aŭtoj, agrikulturo, robotiko, endoma navigado, gestrekono, objektoskanado, mezuradoj, gvatado ĝis pliigita realo! La aplikoj de ToF-teknologio estas senfinaj.

Vi povas kontakti nin por iuj ajn bezonoj pri ToF-lensoj.

Chuang An Optoelectronics fokusiĝas al altdifinaj optikaj lensoj por krei perfektan vidan markon.

Chuang An Optoelectronics nun produktis diversajnTOF-lensojkiel ekzemple:

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