1. რა არის ფრენის დროის (ToF) სენსორი?

რა არის ფრენის დროის საზომი კამერა? ეს არის კამერა, რომელიც თვითმფრინავის ფრენას აღბეჭდავს? აქვს თუ არა მას რაიმე კავშირი თვითმფრინავებთან თუ თვითმფრინავებთან? სინამდვილეში ეს ძალიან შორს არის!

ფრენის დროის კოეფიციენტი (ToF) არის დროის საზომი, რომელიც ობიექტს, ნაწილაკს ან ტალღას სჭირდება მანძილის გასავლელად. იცოდით, რომ ღამურას სონარის სისტემა მუშაობს? ფრენის დროის სისტემა მსგავსია!

ფრენის დროის სენსორების მრავალი სახეობა არსებობს, მაგრამ უმეტესობა ფრენის დროის კამერები და ლაზერული სკანერებია, რომლებიც იყენებენ ლიდარის (სინათლის აღმოჩენისა და დიაპაზონის) სახელწოდების ტექნოლოგიას, რათა გაზომონ გამოსახულებაში სხვადასხვა წერტილის სიღრმე ინფრაწითელი სინათლით ანათების გზით.

ToF სენსორების გამოყენებით გენერირებული და შეგროვებული მონაცემები ძალიან სასარგებლოა, რადგან მას შეუძლია უზრუნველყოს ფეხით მოსიარულეთა ამოცნობა, მომხმარებლის ავთენტიფიკაცია სახის ნაკვთების საფუძველზე, გარემოს რუკების შექმნა SLAM (ერთდროული ლოკალიზაცია და რუკების შედგენა) ალგორითმების გამოყენებით და სხვა.

ეს სისტემა სინამდვილეში ფართოდ გამოიყენება რობოტებში, თვითმართვად მანქანებში და ახლაც კი თქვენს მობილურ მოწყობილობებში. მაგალითად, თუ იყენებთ Huawei P30 Pro-ს, Oppo RX17 Pro-ს, LG G8 ThinQ-ს და ა.შ., თქვენს ტელეფონს აქვს ToF კამერა!

ToF კამერა

2. როგორ მუშაობს ფრენის დროის სენსორი?

ახლა კი გვსურს მოკლედ აგიხსნათ, თუ რა არის ფრენის დროის სენსორი და როგორ მუშაობს იგი.

ტოფსენსორები იყენებენ პაწაწინა ლაზერებს ინფრაწითელი სინათლის გამოსასხივებლად, სადაც შედეგად მიღებული სინათლე აირეკლება ნებისმიერ ობიექტზე და ბრუნდება სენსორში. სინათლის გამოსხივებასა და ობიექტის მიერ არეკვლის შემდეგ სენსორში დაბრუნებას შორის დროის სხვაობის საფუძველზე, სენსორს შეუძლია გაზომოს მანძილი ობიექტსა და სენსორს შორის.

დღეს ჩვენ განვიხილავთ 2 გზას, თუ როგორ იყენებს ToF მოძრაობის დროს მანძილისა და სიღრმის დასადგენად: დროის იმპულსების გამოყენებით და ამპლიტუდის მოდულირებული ტალღების ფაზური გადაადგილების გამოყენებით.

გამოიყენეთ დროული პულსი

მაგალითად, ის მუშაობს სამიზნის ლაზერით განათებით, შემდეგ არეკლილი სინათლის სკანერით გაზომვით და შემდეგ სინათლის სიჩქარის გამოყენებით ობიექტის მანძილის ექსტრაპოლაციით, გავლილი მანძილის ზუსტად გამოსათვლელად. გარდა ამისა, ლაზერის დაბრუნების დროისა და ტალღის სიგრძის სხვაობა შემდეგ გამოიყენება სამიზნის ზუსტი ციფრული 3D წარმოდგენისა და ზედაპირის მახასიათებლების შესაქმნელად, ასევე მისი ინდივიდუალური მახასიათებლების ვიზუალურად გამოსახვად.

როგორც ზემოთ ხედავთ, ლაზერული სინათლე გამოიყოფა და შემდეგ ობიექტს უკან, სენსორზე აირეკლება. ლაზერის დაბრუნების დროის გათვალისწინებით, ToF კამერებს შეუძლიათ ზუსტი მანძილების გაზომვა მოკლე დროში, სინათლის მოძრაობის სიჩქარის გათვალისწინებით. (ToF გარდაიქმნება მანძილზე). ეს არის ფორმულა, რომელსაც ანალიტიკოსი იყენებს ობიექტის ზუსტი მანძილის დასადგენად:

(სინათლის სიჩქარე x ფრენის დრო) / 2

ToF გარდაიქმნება მანძილზე

როგორც ხედავთ, ტაიმერი ჩაირთვება მაშინ, როცა ნათურა გამორთულია და როდესაც მიმღები მიიღებს საპასუხო ნათურას, ტაიმერი დააბრუნებს დროს. ორჯერ გამოკლებისას მიიღება სინათლის „ფრენის დრო“ და სინათლის სიჩქარე მუდმივია, ამიტომ მანძილის გამოთვლა მარტივად შეიძლება ზემოთ მოცემული ფორმულის გამოყენებით. ამ გზით შესაძლებელია ობიექტის ზედაპირზე ყველა წერტილის განსაზღვრა.

გამოიყენეთ AM ტალღის ფაზური ცვლა

შემდეგ,ტოფასევე შეუძლია უწყვეტი ტალღების გამოყენება არეკლილი სინათლის ფაზური ცვლის დასადგენად, სიღრმისა და მანძილის დასადგენად.

ფაზის ცვლა AM ტალღის გამოყენებით

ამპლიტუდის მოდულირებით, ის ქმნის სინუსოიდურ სინათლის წყაროს ცნობილი სიხშირით, რაც დეტექტორს საშუალებას აძლევს განსაზღვროს არეკლილი სინათლის ფაზური ცვლა შემდეგი ფორმულის გამოყენებით:

სადაც c არის სინათლის სიჩქარე (c = 3 × 10^8 მ/წმ), λ არის ტალღის სიგრძე (λ = 15 მ) და f არის სიხშირე, სენსორზე თითოეული წერტილის სიღრმის გამოთვლა მარტივად შეიძლება.

ეს ყველაფერი ძალიან სწრაფად ხდება, როდესაც სინათლის სიჩქარით ვმუშაობთ. წარმოგიდგენიათ, რა სიზუსტით და სიჩქარით შეუძლიათ სენსორების გაზომვას? მოდით, მოვიყვანოთ მაგალითი, სინათლე მოძრაობს წამში 300 000 კილომეტრის სიჩქარით, თუ ობიექტი თქვენგან 5 მეტრის დაშორებითაა, კამერიდან გამოსულ და უკან დაბრუნებულ სინათლეს შორის დროის სხვაობა დაახლოებით 33 ნანოწამია, რაც მხოლოდ 0.000000033 წამის ეკვივალენტურია! ვაუ! რომ აღარაფერი ვთქვათ იმაზე, რომ შეგროვებული მონაცემები მოგცემთ ზუსტ 3D ციფრულ წარმოდგენას გამოსახულებაში არსებული თითოეული პიქსელისთვის.

გამოყენებული პრინციპის მიუხედავად, მთელი სცენის განათების მქონე სინათლის წყაროს უზრუნველყოფა სენსორს საშუალებას აძლევს განსაზღვროს ყველა წერტილის სიღრმე. ასეთი შედეგი გაძლევთ მანძილის რუკას, სადაც თითოეული პიქსელი კოდირებს სცენის შესაბამის წერტილამდე მანძილს. ქვემოთ მოცემულია ToF დიაპაზონის გრაფიკის მაგალითი:

ToF დიაპაზონის გრაფიკის მაგალითი

ახლა, როდესაც ვიცით, რომ ToF მუშაობს, რატომ არის ის კარგი? რატომ გამოვიყენოთ? რისთვის არის ისინი კარგი? არ ინერვიულოთ, ToF სენსორის გამოყენებას ბევრი უპირატესობა აქვს, მაგრამ, რა თქმა უნდა, არსებობს გარკვეული შეზღუდვებიც.

3. ფრენის დროის სენსორების გამოყენების უპირატესობები

ზუსტი და სწრაფი გაზომვა

სხვა დისტანციური სენსორებისგან, როგორიცაა ულტრაბგერითი ან ლაზერული, განსხვავებით, დროის სენსორებისგან ძალიან სწრაფად შეუძლიათ სცენის 3D გამოსახულების შექმნა. მაგალითად, ToF კამერას ამის გაკეთება მხოლოდ ერთხელ შეუძლია. გარდა ამისა, ToF სენსორს შეუძლია ობიექტების ზუსტად აღმოჩენა მოკლე დროში და მასზე გავლენას არ ახდენს ტენიანობა, ჰაერის წნევა და ტემპერატურა, რაც მას შესაფერისს ხდის როგორც შიდა, ასევე გარე გამოყენებისთვის.

დიდი მანძილი

ვინაიდან ToF სენსორები ლაზერებს იყენებენ, მათ ასევე შეუძლიათ დიდი მანძილებისა და დიაპაზონის მაღალი სიზუსტით გაზომვა. ToF სენსორები მოქნილია, რადგან მათ შეუძლიათ ყველა ფორმისა და ზომის ახლო და შორეული ობიექტების აღმოჩენა.

ის ასევე მოქნილია იმ გაგებით, რომ თქვენ შეგიძლიათ სისტემის ოპტიკის პერსონალიზება ოპტიმალური მუშაობისთვის, სადაც შეგიძლიათ აირჩიოთ გადამცემის და მიმღების ტიპები და ლინზები სასურველი ხედვის არეალის მისაღებად.

უსაფრთხოება

მაშფოთებს, რომ ლაზერიტოფსენსორი თვალებს დაგიზიანებთ? არ ინერვიულოთ! ბევრი ToF სენსორი ამჟამად დაბალი სიმძლავრის ინფრაწითელ ლაზერს იყენებს სინათლის წყაროდ და მას მოდულირებული იმპულსებით ამოძრავებს. სენსორი აკმაყოფილებს პირველი კლასის ლაზერული უსაფრთხოების სტანდარტებს, რაც უზრუნველყოფს მის უსაფრთხოებას ადამიანის თვალისთვის.

ეკონომიური

სხვა 3D სიღრმისეული დიაპაზონის სკანირების ტექნოლოგიებთან შედარებით, როგორიცაა სტრუქტურირებული სინათლის კამერის სისტემები ან ლაზერული მანძილმზომები, ToF სენსორები მათთან შედარებით გაცილებით იაფია.

ყველა ამ შეზღუდვის მიუხედავად, ToF კვლავ ძალიან საიმედო და ძალიან სწრაფი მეთოდია 3D ინფორმაციის აღებისთვის.

4. ToF-ის შეზღუდვები

მიუხედავად იმისა, რომ ToF-ს ბევრი უპირატესობა აქვს, მას ასევე აქვს შეზღუდვები. ToF-ის ზოგიერთი შეზღუდვა მოიცავს:

• გაფანტული სინათლე

თუ ძალიან კაშკაშა ზედაპირები თქვენს ToF სენსორთან ძალიან ახლოსაა, მათ შეიძლება ძალიან ბევრი სინათლე გაფანტონ თქვენს მიმღებში და შექმნან არტეფაქტები და არასასურველი არეკლილი ნაწილაკები, რადგან თქვენს ToF სენსორს სინათლე მხოლოდ მას შემდეგ უნდა ასახოს, რაც გაზომვა მზად იქნება.

• მრავალჯერადი რეფლექსიები

კუთხეებსა და ჩაზნექილ ფორმებზე ToF სენსორების გამოყენებისას, მათ შეუძლიათ გამოიწვიონ არასასურველი არეკვლა, რადგან სინათლე შეიძლება რამდენჯერმე ასახავდეს ერთმანეთს, რაც დაამახინჯებს გაზომვის შედეგს.

• გარემოს განათება

ToF კამერის გარეთ, კაშკაშა მზის შუქზე გამოყენებამ შეიძლება გაართულოს მისი გამოყენება. ეს გამოწვეულია მზის მაღალი ინტენსივობით, რაც იწვევს სენსორის პიქსელების სწრაფ გაჯერებას, რაც შეუძლებელს ხდის ობიექტიდან არეკლილი სინათლის აღმოჩენას.

• დასკვნა

ToF სენსორები დაToF ლინზაშეიძლება გამოყენებულ იქნას სხვადასხვა დანიშნულებით. 3D რუკების შექმნიდან, სამრეწველო ავტომატიზაციით, დაბრკოლებების აღმოჩენით, თვითმართვადი მანქანებით, სოფლის მეურნეობით, რობოტიკით, შიდა ნავიგაციით, ჟესტების ამოცნობით, ობიექტების სკანირებით, გაზომვებით, მეთვალყურეობით დამთავრებული გაფართოებული რეალობით! ToF ტექნოლოგიის გამოყენება უსასრულოა.

ToF ლინზებთან დაკავშირებული ნებისმიერი საჭიროებისთვის შეგიძლიათ დაგვიკავშირდეთ.

Chuang An Optoelectronics-ი იდეალური ვიზუალური ბრენდის შესაქმნელად მაღალი გარჩევადობის ოპტიკურ ლინზებზეა ორიენტირებული.

Chuang An Optoelectronics-მა ამჟამად სხვადასხვა სახის პროდუქცია წარმოადგინა.TOF ლინზებიროგორიცაა:

CH3651A f3.6mm F1.2 1/2″ IR850nm

CH3651B f3.6mm F1.2 1/2″ IR940nm

CH3652A f3.3 მმ F1.1 1/3" IR850 ნმ

CH3652B f3.3 მმ F1.1 1/3″ IR940nm

CH3653A f3.9მმ F1.1 1/3″ IR850nm

CH3653B f3.9მმ F1.1 1/3″ IR940nm

CH3654A f5.0 მმ F1.1 1/3″ IR850nm

CH3654B f5.0 მმ F1.1 1/3″ IR940nm