1. Kas ir lidojuma laika (ToF) sensors?

Kas ir lidojuma laika kamera? Vai tā ir kamera, kas fiksē lidmašīnas lidojumu? Vai tai ir kāds sakars ar lidmašīnām vai lidmašīnām? Nu, patiesībā tas ir tāls ceļš!

Lidojuma laika mērs ir laiks, kas nepieciešams objektam, daļiņai vai vilnim, lai pārvietotos attālumu. Vai zinājāt, ka sikspārņa sonāra sistēma darbojas? Lidojuma laika sistēma ir līdzīga!

Ir daudz dažādu lidojuma laika sensoru, taču lielākā daļa ir lidojuma laika kameras un lāzerskeneri, kas izmanto tehnoloģiju, ko sauc par lidaru (gaismas noteikšana un diapazona noteikšana), lai izmērītu dažādu attēla punktu dziļumu, spīdinot to ar infrasarkano gaismu.

Ar ToF sensoriem ģenerētie un uztvertie dati ir ļoti noderīgi, jo tie var nodrošināt gājēju noteikšanu, lietotāju autentifikāciju, pamatojoties uz sejas vaibstiem, vides kartēšanu, izmantojot SLAM (vienlaicīgas lokalizācijas un kartēšanas) algoritmus, un citas darbības.

Šī sistēma tiek plaši izmantota robotos, pašbraucošās automašīnās un pat tagad jūsu mobilajās ierīcēs. Piemēram, ja izmantojat Huawei P30 Pro, Oppo RX17 Pro, LG G8 ThinQ utt., jūsu tālrunim ir ToF kamera!

ToF kamera

2. Kā darbojas lidojuma laika sensors?

Tagad mēs vēlētos sniegt īsu ieskatu par to, kas ir lidojuma laika sensors un kā tas darbojas.

ToFSensori izmanto sīkus lāzerus, lai izstarotu infrasarkano gaismu, kuras rezultātā iegūtā gaisma atstarojas no jebkura objekta un atgriežas pie sensora. Pamatojoties uz laika starpību starp gaismas izstarošanu un tās atgriešanos pie sensora pēc tās atstarošanas no objekta, sensors var izmērīt attālumu starp objektu un sensoru.

Šodien mēs izpētīsim divus veidus, kā ToF izmanto ceļošanas laiku, lai noteiktu attālumu un dziļumu: izmantojot laika impulsus un izmantojot amplitūdas modulētu viļņu fāzes nobīdi.

Izmantojiet laika ziņā ierobežotus impulsus

Piemēram, tā darbojas, apgaismojot mērķi ar lāzeru, pēc tam ar skeneri izmērot atstaroto gaismu un pēc tam izmantojot gaismas ātrumu, lai ekstrapolētu objekta attālumu un precīzi aprēķinātu nobraukto attālumu. Turklāt lāzera atgriešanās laika un viļņa garuma starpība tiek izmantota, lai izveidotu precīzu mērķa digitālo 3D attēlojumu un virsmas iezīmes, kā arī vizuāli kartētu tā atsevišķās iezīmes.

Kā redzams iepriekš, lāzera gaisma tiek raidīta un pēc tam atstarota no objekta atpakaļ uz sensoru. Pateicoties lāzera atgriešanās laikam, ToF kameras spēj izmērīt precīzus attālumus īsā laika periodā, ņemot vērā gaismas izplatīšanās ātrumu. (ToF pārvēršas attālumā) Šī ir formula, ko analītiķis izmanto, lai noteiktu precīzu objekta attālumu:

(gaismas ātrums x lidojuma laiks) / 2

ToF pārvēršas attālumā

Kā redzat, taimeris sāks darboties, kamēr gaisma ir izslēgta, un, kad uztvērējs saņems atpakaļgaismu, taimeris atgriezīs laiku. Atņemot divreiz, iegūst gaismas "lidojuma laiku", un gaismas ātrums ir konstants, tāpēc attālumu var viegli aprēķināt, izmantojot iepriekš minēto formulu. Tādā veidā var noteikt visus punktus uz objekta virsmas.

Izmantojiet AM viļņa fāzes nobīdi

Tālāk,ToFvar arī izmantot nepārtrauktus viļņus, lai noteiktu atstarotās gaismas fāzes nobīdi, tādējādi nosakot dziļumu un attālumu.

Fāzes nobīde, izmantojot AM vilni

Modulējot amplitūdu, tas rada sinusoidālu gaismas avotu ar zināmu frekvenci, ļaujot detektoram noteikt atstarotās gaismas fāzes nobīdi, izmantojot šādu formulu:

kur c ir gaismas ātrums (c = 3 × 10^8 m/s), λ ir viļņa garums (λ = 15 m) un f ir frekvence, katru sensora punktu var viegli aprēķināt dziļumā.

Visas šīs lietas notiek ļoti ātri, jo mēs strādājam ar gaismas ātrumu. Vai varat iedomāties, ar kādu precizitāti un ātrumu sensori spēj veikt mērījumus? Ļaujiet man minēt piemēru: gaisma pārvietojas ar ātrumu 300 000 kilometru sekundē. Ja objekts atrodas 5 m attālumā no jums, laika starpība starp gaismas atstarošanos no kameras un atgriešanos ir aptuveni 33 nanosekundes, kas ir tikai 0,000000033 sekundes! Vau! Nemaz nerunājot par to, ka uztvertie dati sniegs jums precīzu 3D digitālo attēlojumu katram attēla pikselim.

Neatkarīgi no izmantotā principa, gaismas avota nodrošināšana, kas apgaismo visu ainu, ļauj sensoram noteikt visu punktu dziļumu. Šāds rezultāts sniedz attāluma karti, kurā katrs pikselis kodē attālumu līdz atbilstošajam punktam ainā. Tālāk ir sniegts ToF diapazona grafika piemērs:

ToF diapazona grafika piemērs

Tagad, kad mēs zinām, ka ToF darbojas, kāpēc tas ir labs? Kāpēc to lietot? Kam tie ir labi? Neuztraucieties, ToF sensora izmantošanai ir daudz priekšrocību, taču, protams, ir arī daži ierobežojumi.

3. Lidojuma laika sensoru izmantošanas priekšrocības

Precīza un ātra mērīšana

Salīdzinot ar citiem attāluma sensoriem, piemēram, ultraskaņu vai lāzeriem, lidojuma laika sensori spēj ļoti ātri izveidot ainas 3D attēlu. Piemēram, ToF kamera to var izdarīt tikai vienu reizi. Turklāt ToF sensors spēj precīzi noteikt objektus īsā laikā un to neietekmē mitrums, gaisa spiediens un temperatūra, padarot to piemērotu lietošanai gan iekštelpās, gan ārpus tām.

tālsatiksmes

Tā kā ToF sensori izmanto lāzerus, tie spēj arī ar augstu precizitāti izmērīt lielus attālumus un diapazonus. ToF sensori ir elastīgi, jo tie spēj noteikt tuvus un tālus objektus neatkarīgi no formas un izmēra.

Tā ir arī elastīga tādā ziņā, ka jūs varat pielāgot sistēmas optiku optimālai veiktspējai, kur varat izvēlēties raidītāja un uztvērēja veidus un lēcas, lai iegūtu vēlamo redzes lauku.

Drošība

Uztraucas, ka lāzers noToFVai sensors kaitēs acīm? Neuztraucieties! Daudzi ToF sensori tagad kā gaismas avotu izmanto mazjaudas infrasarkano lāzeru un darbina to ar modulētiem impulsiem. Sensors atbilst 1. klases lāzera drošības standartiem, lai nodrošinātu tā drošību cilvēka acij.

izmaksu ziņā efektīvs

Salīdzinot ar citām 3D dziļuma diapazona skenēšanas tehnoloģijām, piemēram, strukturētas gaismas kameru sistēmām vai lāzera tālmēriem, ToF sensori ir daudz lētāki.

Neskatoties uz visiem šiem ierobežojumiem, ToF joprojām ir ļoti uzticama un ļoti ātra 3D informācijas iegūšanas metode.

4. ToF ierobežojumi

Lai gan ToF ir daudz priekšrocību, tam ir arī ierobežojumi. Daži no ToF ierobežojumiem ir šādi:

• Izkaisīta gaisma

Ja ļoti spilgtas virsmas atrodas ļoti tuvu jūsu ToF sensoram, tās var izkliedēt pārāk daudz gaismas jūsu uztvērējā un radīt artefaktus un nevēlamus atstarojumus, jo jūsu ToF sensoram gaisma ir jāatstaro tikai tad, kad mērījums ir gatavs.

• Vairākas pārdomas

Izmantojot ToF sensorus uz stūriem un ieliektām formām, tie var izraisīt nevēlamus atstarojumus, jo gaisma var vairākkārt atstaroties, kropļojot mērījumu.

• Apkārtējā gaisma

ToF kameras izmantošana ārpus telpām spilgtā saules gaismā var apgrūtināt lietošanu ārpus telpām. Tas ir saistīts ar augsto saules gaismas intensitāti, kas izraisa sensora pikseļu ātru piesātināšanos, padarot neiespējamu noteikt no objekta atstaroto faktisko gaismu.

• Secinājums

ToF sensori unToF objektīvsvar izmantot dažādos pielietojumos. Sākot ar 3D kartēšanu, rūpniecisko automatizāciju, šķēršļu noteikšanu, pašbraucošām automašīnām, lauksaimniecību, robotiku, iekštelpu navigāciju, žestu atpazīšanu, objektu skenēšanu, mērījumiem, novērošanu un beidzot ar paplašināto realitāti! ToF tehnoloģijas pielietojumi ir neierobežoti.

Ja jums ir nepieciešamas ToF lēcas, varat sazināties ar mums.

Chuang An Optoelectronics koncentrējas uz augstas izšķirtspējas optiskajām lēcām, lai radītu perfektu vizuālo zīmolu

Chuang An Optoelectronics tagad ir ražojis dažādusTOF lēcaspiemēram:

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