1. Zer da hegaldi-denbora (ToF) sentsore bat?

Zer da hegaldi-denbora kamera bat? Hegazkinaren hegaldia jasotzen duen kamera al da? Hegazkinekin edo hegazkinekin zerikusirik al du? Beno, egia esan, oso urrun dago!

ToF objektu, partikula edo uhin batek distantzia bat egiteko behar duen denboraren neurria da. Ba al zenekien saguzar baten sonar sistemak funtzionatzen duela? Hegaldi-denboraren sistema antzekoa da!

Hegaldi-denbora sentsore mota asko daude, baina gehienak hegaldi-denbora kamerak eta laser eskanerrak dira, eta lidar izeneko teknologia (argiaren detekzioa eta ulermena) erabiltzen dute irudi bateko puntu desberdinen sakonera neurtzeko, infragorri argiarekin distira eginez.

ToF sentsoreekin sortutako eta jasotako datuak oso erabilgarriak dira, oinezkoak detektatzeko, aurpegiko ezaugarrietan oinarritutako erabiltzaileen autentifikazioa egiteko, SLAM (aldibereko lokalizazioa eta mapaketa) algoritmoak erabiliz ingurunearen mapaketa egiteko eta gehiago eman baitezakete.

Sistema hau oso erabilia da robotetan, auto autonomoetan eta baita zure gailu mugikorrean ere. Adibidez, Huawei P30 Pro, Oppo RX17 Pro, LG G8 ThinQ eta abar erabiltzen badituzu, zure telefonoak ToF kamera bat du!

ToF kamera bat

2. Nola funtzionatzen du hegaldi-denboraren sentsoreak?

Orain, hegaldi-denbora sentsore bat zer den eta nola funtzionatzen duen azaldu nahi dizuegu laburki.

ToFSentsoreek laser txikiak erabiltzen dituzte infragorri argia igortzeko, eta ondoriozko argia edozein objektutan errebotatu eta sentsorera itzultzen da. Argia igortzearen eta objektuak islatu ondoren sentsorera itzultzearen arteko denbora-diferentzian oinarrituta, sentsoreak objektuaren eta sentsorearen arteko distantzia neur dezake.

Gaur, ToF-k bidaia-denbora nola erabiltzen duen distantzia eta sakonera zehazteko bi modu aztertuko ditugu: denbora-pultsuak erabiliz eta anplitude modulatutako uhinen fase-aldaketa erabiliz.

Erabili denborazko pultsuak

Adibidez, helburu bat laser batekin argiztatuz funtzionatzen du, ondoren islatutako argia eskaner batekin neurtuz, eta ondoren argiaren abiadura erabiliz objektuaren distantzia estrapolatuz, egindako distantzia zehatz-mehatz kalkulatzeko. Horrez gain, laserren itzulera-denboraren eta uhin-luzeraren arteko aldea erabiltzen da helburuaren 3D irudikapen digital zehatza eta gainazaleko ezaugarriak egiteko, eta bisualki bere ezaugarri indibidualak mapatzeko.

Goian ikus dezakezuen bezala, laser argia jaurtitzen da eta gero objektutik errebotatzen da sentsoreraino. Laseraren itzulera-denborarekin, ToF kamerek distantzia zehatzak neurtu ditzakete denbora-tarte laburrean, argiaren bidaia-abiadura kontuan hartuta. (ToF distantzia bihurtzen da) Analista batek objektu baten distantzia zehatza lortzeko erabiltzen duen formula hau da:

(argiaren abiadura x hegaldiaren denbora) / 2

ToF distantziara bihurtzen da

Ikus dezakezuenez, tenporizadorea argia itzalita dagoenean martxan jarriko da, eta hartzaileak itzulera-argia jasotzen duenean, tenporizadoreak denbora itzuliko du. Bi aldiz kentzean, argiaren "hegaldi-denbora" lortzen da, eta argiaren abiadura konstantea da, beraz, distantzia erraz kalkula daiteke goiko formula erabiliz. Horrela, objektuaren gainazaleko puntu guztiak zehaztu daitezke.

Erabili AM uhinaren fase-aldaketa

Ondoren,ToFuhin jarraituak ere erabil ditzake islatutako argiaren fase-aldaketa detektatzeko eta sakonera eta distantzia zehazteko.

Fase-aldaketa AM uhinen bidez

Anplitudea modulatuz, maiztasun ezaguneko argi-iturri sinusoidal bat sortzen du, detektagailuak islatutako argiaren fase-desplazamendua zehazteko aukera emanez, formula hau erabiliz:

non c argiaren abiadura den (c = 3 × 10^8 m/s), λ uhin-luzera (λ = 15 m) eta f maiztasuna, sentsorearen puntu bakoitza erraz kalkula daiteke sakontasunez.

Gauza horiek guztiak oso azkar gertatzen dira argiaren abiaduran lan egiten dugun heinean. Imajina al dezakezu sentsoreek neurtzeko duten zehaztasuna eta abiadura? Adibide bat jarriko dizuet, argia 300.000 kilometro segundoko abiaduran bidaiatzen du; objektu bat zuregandik 5 metrora badago, kameratik irteten den argiaren eta itzultzen denaren arteko denbora-aldea 33 nanosegundo ingurukoa da, hau da, 0,000000033 segundoren baliokidea! Harrigarria! Aipatu gabe, jasotako datuek irudiko pixel bakoitzaren 3D irudikapen digital zehatza emango dizute.

Erabilitako printzipioa edozein dela ere, eszena osoa argitzen duen argi-iturri bat emateak sentsoreari puntu guztien sakonera zehazteko aukera ematen dio. Emaitza horrek distantzia-mapa bat ematen dizu, non pixel bakoitzak eszenako dagokion punturainoko distantzia kodetzen duen. Jarraian, ToF distantzia-grafiko baten adibidea dago:

ToF eremu-grafiko baten adibidea

Orain badakigula ToF-k funtzionatzen duela, zergatik da ona? Zergatik erabili? Zertarako dira onak? Ez kezkatu, abantaila asko ditu ToF sentsore bat erabiltzeak, baina noski, muga batzuk ere baditu.

3. Hegaldi-denbora sentsoreak erabiltzearen onurak

Neurketa zehatza eta azkarra

Beste distantzia-sentsore batzuekin alderatuta, hala nola ultrasoinuekin edo laserrekin, hegaldi-denboraren sentsoreek eszena baten 3D irudi bat oso azkar osatzeko gai dira. Adibidez, ToF kamera batek behin bakarrik egin dezake hau. Gainera, ToF sentsoreak objektuak zehaztasunez detektatu ditzake denbora gutxian eta ez dio hezetasunak, aire-presioak eta tenperaturak eragiten, barruko zein kanpoko erabilerarako egokia bihurtuz.

distantzia luzeko

ToF sentsoreek laserrak erabiltzen dituztenez, distantzia eta irismen luzeak zehaztasun handiz neurtzeko gai dira. ToF sentsoreak malguak dira, forma eta tamaina guztietako objektu hurbilak eta urrunak detektatzeko gai direlako.

Malgua ere bada, sistemaren optika pertsonaliza dezakezulako errendimendu optimoa lortzeko, non igorle eta hargailu motak eta lenteak aukeratu ditzakezun nahi duzun ikus-eremua lortzeko.

Segurtasuna

Kezkatuta dago laserrakToFSentsoreak begietan min egingo dizu? Ez kezkatu! ToF sentsore askok potentzia txikiko infragorri laser bat erabiltzen dute argi-iturri gisa eta pultsu modulatuekin gidatzen dute. Sentsoreak 1. klaseko laser segurtasun-arauak betetzen ditu giza begiarentzat segurua dela ziurtatzeko.

kostu eraginkorra

Beste 3D sakonera-distantzia eskaneatzeko teknologia batzuekin alderatuta, hala nola argi egituratuko kamera-sistemekin edo laser distantzia-neurtzaileekin, ToF sentsoreak askoz merkeagoak dira horiekin alderatuta.

Muga horiek guztiak izan arren, ToF oso fidagarria eta 3D informazioa ateratzeko metodo oso azkarra da oraindik.

4. ToF-ren mugak

ToF-k abantaila asko baditu ere, mugak ere baditu. ToF-ren muga batzuk hauek dira:

• Argi sakabanatua

Gainazal oso distiratsuak zure ToF sentsoretik oso gertu badaude, argi gehiegi sakabanatu dezakete zure hargailuan eta nahi ez diren artefaktuak eta islapenak sor ditzakete, zure ToF sentsoreak argia neurketa prest dagoenean bakarrik islatu behar baitu.

• Hainbat isla

ToF sentsoreak izkinetan eta forma ahurretan erabiltzean, nahi ez diren islapenak sor ditzakete, argia hainbat aldiz errebotatu baitaiteke, neurketa distortsionatuz.

• Giro-argia

ToF kamera kanpoan eguzki-argia bizian erabiltzeak zaildu egin dezake. Hori gertatzen da eguzki-argiaren intentsitate handiak sentsorearen pixelak azkar saturatzen dituelako, eta objektuak islatutako benetako argia detektatzea ezinezkoa bihurtuz.

• Ondorioa

ToF sentsoreak etaToF lenteahainbat aplikaziotan erabil daiteke. 3D Mapaketatik hasi eta Industria Automatizaziora, Oztopoen Detekzioara, Auto Gidaririk Gabeko Autoetara, Nekazaritzara, Robotikara, Barne Nabigaziora, Keinuen Ezagutzera, Objektuen Eskaneatzeara, Neurketetara, Zaintzera eta Errealitate Areagotura arte! ToF teknologiaren aplikazioak amaigabeak dira.

ToF lenteen beharretarako gurekin harremanetan jar zaitezke.

Chuang An Optoelectronics-ek definizio handiko lente optikoetan jartzen du arreta marka bisual perfektua sortzeko.

Chuang An Optoelectronics-ek hainbat produktu ekoiztu ditu orainTOF lenteakesaterako:

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