1. Mi az a repülési idő (ToF) érzékelő?

Mi az a repülési időt rögzítő kamera? Az a kamera, ami a repülőgép repülését rögzíti? Repülőgépekhez vagy repülőkhöz van köze? Nos, valójában elég messze van!

A repülési idő (ToF) egy olyan időtartam, amely alatt egy tárgy, részecske vagy hullám megtesz egy bizonyos távolságot. Tudtad, hogy a denevérek szonárrendszere is működik? A repülési idő rendszere hasonlóan működik!

Sokféle repülési időérzékelő létezik, de a legtöbbjük repülési időkamera és lézerszkenner, amelyek egy lidar (fényérzékelés és -távolságmérés) nevű technológiát használnak a kép különböző pontjainak mélységének mérésére infravörös fénnyel történő megvilágítással.

A ToF szenzorok segítségével generált és rögzített adatok nagyon hasznosak, mivel gyalogosészlelést, arcvonásokon alapuló felhasználói hitelesítést, SLAM (egyidejű lokalizáció és térképezés) algoritmusokkal történő környezetfeltérképezést és egyebeket biztosítanak.

Ezt a rendszert széles körben használják robotokban, önvezető autókban, sőt, már most a mobileszközeidben is. Például, ha Huawei P30 Pro, Oppo RX17 Pro, LG G8 ThinQ stb. telefont használsz, a telefonod ToF kamerával rendelkezik!

Egy ToF kamera

2. Hogyan működik a repülési idő érzékelő?

Most szeretnénk röviden bemutatni, hogy mi is az a repülési időérzékelő és hogyan működik.

ToFAz érzékelők apró lézereket használnak infravörös fény kibocsátására, ahol a keletkező fény visszaverődik bármely tárgyról, és visszatér az érzékelőhöz. A fénykibocsátás és a tárgyról való visszaverődés után az érzékelőhöz való visszatérés közötti időeltolódás alapján az érzékelő meg tudja mérni a tárgy és az érzékelő közötti távolságot.

Ma két módszert fogunk megvizsgálni, amellyel a ToF a távolság és a mélység meghatározására használja a haladási időt: időzítő impulzusok használatával és amplitúdómodulált hullámok fáziseltolódásával.

Használjon időzített impulzusokat

Például úgy működik, hogy egy célpontot lézerrel világít meg, majd egy szkennerrel megméri a visszavert fényt, és a fénysebesség alapján extrapolálja a tárgy távolságát, így pontosan kiszámítja a megtett távolságot. Ezenkívül a lézer visszatérési idejének és hullámhosszának különbségét felhasználva elkészíti a célpont pontos digitális 3D-s ábrázolását és felületi jellemzőit, és vizuálisan feltérképezi az egyes jellemzőit.

Amint a fentiekből látható, a lézerfény kilövésre kerül, majd visszaverődik a tárgyról az érzékelőre. A lézer visszatérési idejének köszönhetően a ToF kamerák képesek pontos távolságokat mérni rövid idő alatt, a fény terjedési sebessége mellett. (A ToF átszámítása távolsággá) A következő képletet használja az elemző egy tárgy pontos távolságának meghatározásához:

(fénysebesség x repülési idő) / 2

A ToF távolsággá konvertálódik

Amint látható, az időzítő kikapcsolt lámpa mellett indul el, és amikor a vevő megkapja a visszatérő fényt, az időzítő visszaadja az időt. A kétszeres kivonással megkapjuk a fény „repülési idejét”, a fénysebesség pedig állandó, így a távolság könnyen kiszámítható a fenti képlet segítségével. Ily módon a tárgy felületén lévő összes pont meghatározható.

Használja az AM hullám fázistolódását

Ezután aToFfolyamatos hullámokat is használhat a visszavert fény fázistolódásának detektálására, így meghatározva a mélységet és a távolságot.

Fáziseltolódás AM hullám használatával

Az amplitúdó modulálásával egy ismert frekvenciájú szinuszos fényforrást hoz létre, amely lehetővé teszi a detektor számára, hogy a visszavert fény fázistolódását a következő képlet segítségével határozza meg:

ahol c a fénysebesség (c = 3 × 10^8 m/s), λ a hullámhossz (λ = 15 m), f pedig a frekvencia, az érzékelő minden pontja mélységben könnyen kiszámítható.

Mindez nagyon gyorsan történik, mivel fénysebességgel dolgozunk. El tudod képzelni, milyen pontossággal és sebességgel képesek mérni az érzékelők? Hadd mondjak egy példát: a fény másodpercenként 300 000 kilométer sebességgel terjed. Ha egy tárgy 5 méterre van tőled, a kamerából kilépő és visszatérő fény közötti időkülönbség körülbelül 33 nanoszekundum, ami mindössze 0,000000033 másodpercnek felel meg! Hűha! Nem is beszélve arról, hogy a rögzített adatok a kép minden egyes pixeléről pontos 3D-s digitális ábrázolást adnak.

Az alkalmazott elvtől függetlenül, egy olyan fényforrás biztosítása, amely megvilágítja a teljes jelenetet, lehetővé teszi az érzékelő számára, hogy meghatározza az összes pont mélységét. Ez egy távolságtérképet eredményez, ahol minden pixel kódolja a jelenet megfelelő pontjától való távolságot. A következő egy ToF tartománygrafikon példa:

Példa egy ToF tartománygrafikonra

Most, hogy tudjuk, hogy a ToF működik, miért jó? Miért érdemes használni? Mire jók? Ne aggódj, számos előnye van a ToF érzékelő használatának, de természetesen vannak korlátai is.

3. A repülési időérzékelők használatának előnyei

Pontos és gyors mérés

Más távolságérzékelőkkel, például ultrahanggal vagy lézerekkel összehasonlítva, a repülési időérzékelők nagyon gyorsan képesek 3D-s képet alkotni egy jelenetről. Például egy ToF kamera ezt csak egyszer tudja megtenni. Ráadásul a ToF érzékelő rövid idő alatt képes pontosan érzékelni a tárgyakat, és nem befolyásolja a páratartalom, a légnyomás és a hőmérséklet, így beltéri és kültéri használatra egyaránt alkalmas.

távolsági

Mivel a ToF érzékelők lézereket használnak, nagy távolságok és tartományok nagy pontosságú mérésére is képesek. A ToF érzékelők rugalmasak, mivel képesek mindenféle alakú és méretű közeli és távoli tárgyat érzékelni.

Rugalmas abban az értelemben is, hogy testreszabhatja a rendszer optikáját az optimális teljesítmény érdekében, ahol kiválaszthatja az adó- és vevőtípusokat, valamint a lencséket a kívánt látómező eléréséhez.

Biztonság

Aggódott, hogy a lézer aToFAz érzékelő árthat a szemének? Ne aggódjon! Sok ToF érzékelő ma már alacsony teljesítményű infravörös lézert használ fényforrásként, és modulált impulzusokkal hajtja meg. Az érzékelő megfelel az 1. osztályú lézerbiztonsági szabványoknak, így biztosítva az emberi szem biztonságát.

költséghatékony

Más 3D mélységtartomány-szkennelési technológiákhoz, például a strukturált fénykamerarendszerekhez vagy a lézeres távolságmérőkhöz képest a ToF-érzékelők sokkal olcsóbbak.

Mindezen korlátozások ellenére a ToF továbbra is nagyon megbízható és nagyon gyors módszer a 3D-s információk rögzítésére.

4. A ToF korlátai

Bár a ToF-nek számos előnye van, korlátai is vannak. A ToF néhány korlátja a következő:

• Szórt fény

Ha nagyon fényes felületek vannak nagyon közel a ToF-érzékelőhöz, túl sok fényt szórhatnak a vevőbe, ami műtermékeket és nem kívánt visszaverődéseket okozhat, mivel a ToF-érzékelőnek csak akkor kell visszavernie a fényt, ha a mérés elkészült.

• Többszörös tükröződések

Sarkokon és konkáv formákon ToF-érzékelők használata esetén nemkívánatos visszaverődések keletkezhetnek, mivel a fény többször is visszaverődhet, torzítva a mérést.

• Környezeti fény

A ToF kamera kültéri, erős napsütésben történő használata megnehezítheti a kültéri használatot. Ez a napfény nagy intenzitása miatt az érzékelő pixelei gyorsan telítődnek, így lehetetlenné téve a tárgyról visszaverődő fény tényleges érzékelését.

• A következtetés

ToF érzékelők ésToF lencseszámos alkalmazásban használható. A 3D térképezéstől, az ipari automatizáláson, az akadályészlelésen, az önvezető autókon, a mezőgazdaságon, a robotikán, a beltéri navigáción, a gesztusfelismerésen, a tárgyszkennelésen, a méréseken, a megfigyelésen át egészen a kiterjesztett valóságig! A ToF technológia alkalmazási lehetőségei végtelenek.

Bármilyen ToF lencsével kapcsolatos igény esetén forduljon hozzánk bizalommal.

A Chuang An Optoelectronics nagyfelbontású optikai lencsékre összpontosít, hogy tökéletes vizuális márkát hozzon létre

A Chuang An Optoelectronics ma már számos különféle terméket gyárt.TOF lencsékpéldául:

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