1. Kas yra skrydžio laiko (ToF) jutiklis?

Kas yra skrydžio laiko kamera? Ar tai kamera, fiksuojanti lėktuvo skrydį? Ar ji kažkaip susijusi su lėktuvais ar lėktuvais? Na, iš tikrųjų tai yra labai toli!

Skrydžio trukmės (ToF) matas rodo, kiek laiko objektas, dalelė ar banga įveikia atstumą. Ar žinojote, kad šikšnosparnio sonaro sistema veikia? Skrydžio laiko sistema yra panaši!

Yra daug įvairių skrydžio laiko jutiklių, tačiau dauguma jų yra skrydžio laiko kameros ir lazeriniai skaitytuvai, kurie naudoja technologiją, vadinamą lidaru (šviesos aptikimas ir diapazono nustatymas), kad išmatuotų įvairių vaizdo taškų gylį, apšviesdami jį infraraudonaisiais spinduliais.

Naudojant ToF jutiklius sugeneruoti ir užfiksuoti duomenys yra labai naudingi, nes jie gali užtikrinti pėsčiųjų aptikimą, naudotojų autentifikavimą pagal veido bruožus, aplinkos kartografavimą naudojant SLAM (vienalaikio lokalizavimo ir kartografavimo) algoritmus ir kt.

Ši sistema iš tiesų plačiai naudojama robotuose, savaeigiuose automobiliuose ir net dabar jūsų mobiliuosiuose įrenginiuose. Pavyzdžiui, jei naudojate „Huawei P30 Pro“, „Oppo RX17 Pro“, „LG G8 ThinQ“ ir kt., jūsų telefone yra ToF kamera!

ToF kamera

2. Kaip veikia skrydžio laiko jutiklis?

Dabar norėtume trumpai pristatyti, kas yra skrydžio laiko jutiklis ir kaip jis veikia.

ToFJutikliai naudoja mažyčius lazerius infraraudoniesiems spinduliams skleisti, o susidariusi šviesa atsispindi nuo bet kokio objekto ir grįžta į jutiklį. Remdamasis laiko skirtumu tarp šviesos sklidimo ir grįžimo į jutiklį po to, kai ji atsispindi nuo objekto, jutiklis gali išmatuoti atstumą tarp objekto ir jutiklio.

Šiandien nagrinėsime 2 būdus, kaip ToF naudoja kelionės laiką atstumui ir gyliui nustatyti: laiko impulsų naudojimą ir amplitudės moduliuotų bangų fazės poslinkio naudojimą.

Naudokite laiko impulsus

Pavyzdžiui, jis veikia apšviesdamas taikinį lazeriu, tada skaitytuvu išmatuodamas atspindėtą šviesą ir tada, naudodamas šviesos greitį, ekstrapoliuodamas objekto atstumą, kad tiksliai apskaičiuotų nukeliautą atstumą. Be to, lazerio grįžimo laiko ir bangos ilgio skirtumas naudojamas tiksliam skaitmeniniam 3D taikinio vaizdui ir paviršiaus ypatybėms sukurti bei vizualiai nustatyti jo atskiras savybes.

Kaip matote aukščiau, lazerio šviesa iššaunama ir atsispindi nuo objekto atgal į jutiklį. Dėl lazerio grįžimo laiko ToF kameros gali išmatuoti tikslius atstumus per trumpą laiką, atsižvelgiant į šviesos sklidimo greitį. (ToF konvertuojama į atstumą) Štai formulė, kurią analitikas naudoja tiksliam objekto atstumui nustatyti:

(šviesos greitis x skrydžio laikas) / 2

ToF konvertuoja į atstumą

Kaip matote, laikmatis įsijungs, kai šviesa išjungta, o kai imtuvas gaus grįžtamąjį šviesą, laikmatis grąžins laiką. Atėmus du kartus, gaunamas šviesos „skriejimo laikas“, o šviesos greitis yra pastovus, todėl atstumą galima lengvai apskaičiuoti pagal aukščiau pateiktą formulę. Tokiu būdu galima nustatyti visus objekto paviršiaus taškus.

Naudokite AM bangos fazės poslinkį

Toliau,ToFtaip pat gali naudoti nuolatines bangas atspindėtos šviesos fazės poslinkiui aptikti, kad būtų galima nustatyti gylį ir atstumą.

Fazės poslinkis naudojant AM bangą

Moduliuojant amplitudę, sukuriamas žinomo dažnio sinusoidinis šviesos šaltinis, leidžiantis detektoriui nustatyti atspindėtos šviesos fazės poslinkį pagal šią formulę:

kur c yra šviesos greitis (c = 3 × 10^8 m/s), λ yra bangos ilgis (λ = 15 m), o f yra dažnis, kiekvieną jutiklio tašką galima lengvai apskaičiuoti gylyje.

Visi šie dalykai vyksta labai greitai, nes mes dirbame šviesos greičiu. Ar galite įsivaizduoti, kokiu tikslumu ir greičiu jutikliai sugeba matuoti? Pateiksiu pavyzdį: šviesa sklinda 300 000 kilometrų per sekundę greičiu. Jei objektas yra už 5 m nuo jūsų, laiko skirtumas tarp šviesos, sklindančios iš kameros ir grįžtančios į ją, yra apie 33 nanosekundės, o tai atitinka tik 0,000000033 sekundės! Oho! Jau nekalbant apie tai, kad užfiksuoti duomenys suteiks jums tikslų 3D skaitmeninį kiekvieno vaizdo pikselio atvaizdavimą.

Nepriklausomai nuo naudojamo principo, šviesos šaltinis, apšviečiantis visą sceną, leidžia jutikliui nustatyti visų taškų gylį. Toks rezultatas suteikia atstumo žemėlapį, kuriame kiekvienas pikselis koduoja atstumą iki atitinkamo scenos taško. Toliau pateikiamas ToF diapazono grafiko pavyzdys:

ToF diapazono grafiko pavyzdys

Dabar, kai žinome, kad ToF veikia, kodėl jis geras? Kodėl jį naudoti? Kam jie tinkami? Nesijaudinkite, ToF jutiklio naudojimas turi daug privalumų, tačiau, žinoma, yra ir tam tikrų apribojimų.

3. Skrydžio laiko jutiklių naudojimo privalumai

Tikslus ir greitas matavimas

Palyginti su kitais atstumo jutikliais, tokiais kaip ultragarsas ar lazeriai, skrydžio laiko jutikliai gali labai greitai sukurti 3D scenos vaizdą. Pavyzdžiui, ToF kamera tai gali padaryti tik vieną kartą. Negana to, ToF jutiklis gali tiksliai aptikti objektus per trumpą laiką ir jam įtakos neturi drėgmė, oro slėgis ir temperatūra, todėl jis tinka naudoti tiek patalpose, tiek lauke.

tolimojo nuotolio

Kadangi ToF jutikliai naudoja lazerius, jie taip pat gali labai tiksliai išmatuoti didelius atstumus ir diapazonus. ToF jutikliai yra lankstūs, nes gali aptikti artimus ir tolimus įvairių formų ir dydžių objektus.

Jis taip pat yra lankstus ta prasme, kad galite pritaikyti sistemos optiką optimaliam veikimui, pasirinkdami siųstuvo ir imtuvo tipus bei lęšius norimam matymo laukui gauti.

Saugumas

Nerimaujama, kad lazeris išToFAr jutiklis pakenks akims? Nesijaudinkite! Daugelyje ToF jutiklių dabar naudojamas mažos galios infraraudonųjų spindulių lazeris kaip šviesos šaltinis ir skleidžia moduliuotus impulsus. Jutiklis atitinka 1 klasės lazerių saugos standartus, kad būtų saugus žmogaus akiai.

ekonomiškas

Palyginti su kitomis 3D gylio diapazono skenavimo technologijomis, tokiomis kaip struktūrizuotos šviesos kamerų sistemos arba lazeriniai atstumo ieškikliai, ToF jutikliai yra daug pigesni.

Nepaisant visų šių apribojimų, ToF vis dar yra labai patikimas ir labai greitas 3D informacijos fiksavimo metodas.

4. ToF apribojimai

Nors ToF turi daug privalumų, jis taip pat turi apribojimų. Kai kurie ToF apribojimai yra šie:

• Išsklaidyta šviesa

Jei labai arti jūsų ToF jutiklio yra labai ryškūs paviršiai, jie gali išsklaidyti per daug šviesos į imtuvą ir sukelti artefaktus bei nepageidaujamus atspindžius, nes jūsų ToF jutikliui reikia atspindėti šviesą tik tada, kai matavimas yra paruoštas.

• Keli atspindžiai

Naudojant ToF jutiklius kampuose ir įgaubtose formose, jie gali sukelti nepageidaujamus atspindžius, nes šviesa gali atsispindėti daug kartų ir iškreipti matavimą.

• Aplinkos šviesa

Naudojant ToF kamerą lauke ryškioje saulės šviesoje, ją gali būti sunku naudoti lauke. Taip yra dėl didelio saulės šviesos intensyvumo, dėl kurio jutiklio pikseliai greitai persotėja, todėl neįmanoma aptikti tikrosios nuo objekto atsispindinčios šviesos.

• Išvada

ToF jutikliai irToF objektyvasgali būti naudojamas įvairiose srityse. Nuo 3D žemėlapių sudarymo, pramoninės automatikos, kliūčių aptikimo, savaeigių automobilių, žemės ūkio, robotikos, navigacijos patalpose, gestų atpažinimo, objektų nuskaitymo, matavimų, stebėjimo iki papildytosios realybės! ToF technologijos pritaikymo galimybės neribotos.

Dėl bet kokių ToF lęšių poreikių galite susisiekti su mumis.

„Chuang An Optoelectronics“ daugiausia dėmesio skiria didelės raiškos optiniams lęšiams, kad sukurtų tobulą vizualinį prekės ženklą.

„Chuang An Optoelectronics“ dabar gamina įvairiųTOF lęšiaipavyzdžiui:

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 colio IR850nm

CH3654B f5.0mm F1.1 1/3 colio IR940nm