1. Apakah sensor masa penerbangan (ToF)?

Apakah kamera masa penerbangan? Adakah kamera yang merakam penerbangan pesawat? Adakah ia ada kaitan dengan pesawat atau kapal terbang? Sebenarnya, ia masih jauh!

ToF ialah ukuran masa yang diambil oleh objek, zarah atau gelombang untuk bergerak pada jarak tertentu. Tahukah anda bahawa sistem sonar kelawar berfungsi? Sistem masa penerbangan adalah serupa!

Terdapat pelbagai jenis sensor masa penerbangan, tetapi kebanyakannya adalah kamera masa penerbangan dan pengimbas laser, yang menggunakan teknologi yang dipanggil lidar (pengesanan dan julat cahaya) untuk mengukur kedalaman pelbagai titik dalam imej dengan menyinarinya dengan cahaya inframerah.

Data yang dijana dan dirakam menggunakan sensor ToF sangat berguna kerana ia dapat menyediakan pengesanan pejalan kaki, pengesahan pengguna berdasarkan ciri wajah, pemetaan persekitaran menggunakan algoritma SLAM (penyetempatan dan pemetaan serentak) dan banyak lagi.

Sistem ini sebenarnya digunakan secara meluas dalam robot, kereta pandu sendiri, dan kini juga peranti mudah alih anda. Contohnya, jika anda menggunakan Huawei P30 Pro, Oppo RX17 Pro, LG G8 ThinQ, dan sebagainya, telefon anda mempunyai kamera ToF!

Kamera ToF

2. Bagaimanakah sensor masa penerbangan berfungsi?

Sekarang, kami ingin memberikan pengenalan ringkas tentang apa itu sensor masa penerbangan dan cara ia berfungsi.

KepadaSensor menggunakan laser kecil untuk memancarkan cahaya inframerah, di mana cahaya yang terhasil melantun dari mana-mana objek dan kembali ke sensor. Berdasarkan perbezaan masa antara pancaran cahaya dan kembalinya ke sensor selepas dipantulkan oleh objek, sensor boleh mengukur jarak antara objek dan sensor.

Hari ini, kita akan meneroka 2 cara bagaimana ToF menggunakan masa perjalanan untuk menentukan jarak dan kedalaman: menggunakan denyutan pemasaan dan menggunakan anjakan fasa gelombang termodulasi amplitud.

Gunakan denyutan bermasa

Contohnya, ia berfungsi dengan menerangi sasaran dengan laser, kemudian mengukur cahaya yang dipantulkan dengan pengimbas, dan kemudian menggunakan kelajuan cahaya untuk mengekstrapolasi jarak objek bagi mengira jarak yang dilalui dengan tepat. Di samping itu, perbezaan masa pulangan laser dan panjang gelombang kemudiannya digunakan untuk membuat perwakilan 3D digital dan ciri permukaan sasaran yang tepat, dan memetakan ciri-ciri individunya secara visual.

Seperti yang anda lihat di atas, cahaya laser dipancarkan keluar dan kemudian melantun dari objek kembali ke sensor. Dengan masa pulangan laser, kamera ToF dapat mengukur jarak yang tepat dalam tempoh masa yang singkat memandangkan kelajuan perjalanan cahaya. (ToF ditukar kepada jarak) Ini adalah formula yang digunakan oleh penganalisis untuk mencapai jarak objek yang tepat:

(kelajuan cahaya x masa penerbangan) / 2

ToF menukar kepada jarak

Seperti yang anda lihat, pemasa akan bermula semasa lampu dimatikan, dan apabila penerima menerima lampu balas, pemasa akan mengembalikan masa. Apabila menolak dua kali, "masa penerbangan" cahaya diperoleh, dan kelajuan cahaya adalah malar, jadi jarak boleh dikira dengan mudah menggunakan formula di atas. Dengan cara ini, semua titik pada permukaan objek boleh ditentukan.

Gunakan anjakan fasa gelombang AM

Seterusnya,Kepadajuga boleh menggunakan gelombang berterusan untuk mengesan anjakan fasa cahaya yang dipantulkan bagi menentukan kedalaman dan jarak.

Peralihan fasa menggunakan gelombang AM

Dengan memodulasi amplitud, ia menghasilkan sumber cahaya sinusoidal dengan frekuensi yang diketahui, yang membolehkan pengesan menentukan anjakan fasa cahaya yang dipantulkan menggunakan formula berikut:

dengan c ialah kelajuan cahaya (c = 3 × 10^8 m/s), λ ialah panjang gelombang (λ = 15 m), dan f ialah frekuensi, setiap titik pada sensor boleh dikira dengan mudah secara mendalam.

Semua perkara ini berlaku dengan sangat pantas semasa kita bekerja pada kelajuan cahaya. Bolehkah anda bayangkan ketepatan dan kelajuan yang dapat digunakan oleh sensor untuk mengukur? Biar saya berikan satu contoh, cahaya bergerak pada kelajuan 300,000 kilometer sesaat, jika sesuatu objek berada 5m dari anda, perbezaan masa antara cahaya meninggalkan kamera dan kembali adalah kira-kira 33 nanosaat, yang hanya bersamaan dengan 0.000000033 saat! Wow! Apatah lagi, data yang ditangkap akan memberikan anda perwakilan digital 3D yang tepat untuk setiap piksel dalam imej.

Terlepas dari prinsip yang digunakan, penyediaan sumber cahaya yang menerangi seluruh pemandangan membolehkan sensor menentukan kedalaman semua titik. Hasil sedemikian memberikan anda peta jarak di mana setiap piksel mengekod jarak ke titik yang sepadan dalam pemandangan. Berikut ialah contoh graf julat ToF:

Contoh graf julat ToF

Sekarang kita tahu bahawa ToF berfungsi, mengapa ia bagus? Mengapa menggunakannya? Apakah kegunaannya? Jangan risau, terdapat banyak kelebihan menggunakan sensor ToF, tetapi sudah tentu terdapat beberapa batasan.

3. Manfaat menggunakan sensor masa penerbangan

Pengukuran yang tepat dan pantas

Berbanding dengan sensor jarak lain seperti ultrasound atau laser, sensor masa penerbangan mampu menghasilkan imej 3D sesuatu pemandangan dengan sangat cepat. Contohnya, kamera ToF hanya boleh melakukan ini sekali sahaja. Bukan itu sahaja, sensor ToF mampu mengesan objek dengan tepat dalam masa yang singkat dan tidak terjejas oleh kelembapan, tekanan udara dan suhu, menjadikannya sesuai untuk kegunaan dalaman dan luaran.

jarak jauh

Oleh kerana sensor ToF menggunakan laser, ia juga mampu mengukur jarak dan julat yang jauh dengan ketepatan yang tinggi. Sensor ToF adalah fleksibel kerana ia dapat mengesan objek dekat dan jauh dalam semua bentuk dan saiz.

Ia juga fleksibel dalam erti kata anda boleh menyesuaikan optik sistem untuk prestasi optimum, di mana anda boleh memilih jenis pemancar dan penerima serta kanta untuk mendapatkan medan pandangan yang diingini.

Keselamatan

Bimbang laser dariKepadaSensor akan mencederakan mata anda? jangan risau! Banyak sensor ToF kini menggunakan laser inframerah berkuasa rendah sebagai sumber cahaya dan memacunya dengan denyutan termodulat. Sensor ini memenuhi piawaian keselamatan laser Kelas 1 untuk memastikan ia selamat untuk mata manusia.

kos efektif

Berbanding dengan teknologi pengimbasan jarak kedalaman 3D yang lain seperti sistem kamera cahaya berstruktur atau pencari jarak laser, sensor ToF jauh lebih murah berbanding dengannya.

Walaupun terdapat semua batasan ini, ToF masih sangat andal dan merupakan kaedah yang sangat pantas untuk menangkap maklumat 3D.

4. Had ToF

Walaupun ToF mempunyai banyak manfaat, ia juga mempunyai batasan. Antara batasan ToF termasuk:

• Cahaya yang berselerak

Jika permukaan yang sangat terang berada sangat dekat dengan sensor ToF anda, ia mungkin menyerakkan terlalu banyak cahaya ke dalam penerima anda dan menghasilkan artifak dan pantulan yang tidak diingini, kerana sensor ToF anda hanya perlu memantulkan cahaya setelah pengukuran siap.

• Pelbagai pantulan

Apabila menggunakan sensor ToF pada sudut dan bentuk cekung, ia boleh menyebabkan pantulan yang tidak diingini, kerana cahaya boleh melantun beberapa kali, sekali gus memesongkan pengukuran.

• Cahaya ambien

Menggunakan kamera ToF di luar rumah dalam cahaya matahari yang terang boleh menyukarkan penggunaan di luar. Ini disebabkan oleh keamatan cahaya matahari yang tinggi yang menyebabkan piksel sensor cepat tepu, menjadikannya mustahil untuk mengesan cahaya sebenar yang dipantulkan dari objek.

• Kesimpulannya

Sensor ToF danKanta ToFboleh digunakan dalam pelbagai aplikasi. Daripada Pemetaan 3D, Automasi Industri, Pengesanan Halangan, Kereta Pandu Sendiri, Pertanian, Robotik, Navigasi Dalam Bangunan, Pengecaman Gerak Isyarat, Pengimbasan Objek, Pengukuran, Pengawasan hingga Realiti Tambahan! Aplikasi teknologi ToF tidak berkesudahan.

Anda boleh menghubungi kami untuk sebarang keperluan kanta ToF.

Chuang An Optoelektronik memberi tumpuan kepada kanta optik definisi tinggi untuk mencipta jenama visual yang sempurna

Chuang An Optoelektronik kini telah menghasilkan pelbagaiKanta TOFseperti:

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