1. Ce este un senzor de timp de zbor (ToF)?

Ce este o cameră care înregistrează timpul de zbor? Este camera care surprinde zborul avionului? Are vreo legătură cu avioanele sau cu alte avioane? Ei bine, de fapt e departe!

ToF este o măsură a timpului necesar unui obiect, particulă sau undă pentru a parcurge o anumită distanță. Știați că sistemul sonar al unui liliac funcționează? Sistemul de timp de zbor este similar!

Există multe tipuri de senzori de timp de zbor, dar majoritatea sunt camere de măsurare a timpului de zbor și scanere laser, care utilizează o tehnologie numită lidar (detecție și măsurare a distanței luminii) pentru a măsura adâncimea diferitelor puncte dintr-o imagine prin iluminarea acesteia cu lumină infraroșie.

Datele generate și capturate folosind senzori ToF sunt foarte utile, deoarece pot oferi detectarea pietonilor, autentificarea utilizatorilor pe baza trăsăturilor faciale, cartografierea mediului folosind algoritmi SLAM (localizare și cartografiere simultană) și multe altele.

Acest sistem este de fapt utilizat pe scară largă în roboți, mașini autonome și chiar și acum pe dispozitivele mobile. De exemplu, dacă utilizați Huawei P30 Pro, Oppo RX17 Pro, LG G8 ThinQ etc., telefonul dvs. are o cameră ToF!

O cameră ToF

2. Cum funcționează senzorul de timp de zbor?

Acum, am dori să facem o scurtă introducere despre ce este un senzor de timp de zbor și cum funcționează.

ToFSenzorii folosesc lasere minuscule pentru a emite lumină infraroșie, unde lumina rezultată se reflectă de orice obiect și se întoarce la senzor. Pe baza diferenței de timp dintre emisia luminii și întoarcerea la senzor după ce este reflectată de obiect, senzorul poate măsura distanța dintre obiect și senzor.

Astăzi, vom explora două moduri în care ToF folosește timpul de călătorie pentru a determina distanța și adâncimea: folosind impulsuri de temporizare și folosind defazajul undelor modulate în amplitudine.

Folosește impulsuri temporizate

De exemplu, funcționează prin iluminarea unei ținte cu un laser, apoi măsurarea luminii reflectate cu un scaner și apoi utilizarea vitezei luminii pentru a extrapola distanța obiectului și a calcula cu precizie distanța parcursă. În plus, diferența dintre timpul de întoarcere al laserului și lungimea de undă este apoi utilizată pentru a realiza o reprezentare digitală 3D precisă și caracteristicile suprafeței țintei și pentru a cartografia vizual caracteristicile sale individuale.

După cum puteți vedea mai sus, lumina laser este emisă și apoi ricoșează de pe obiect înapoi la senzor. Cu timpul de întoarcere a laserului, camerele ToF sunt capabile să măsoare distanțe precise într-o perioadă scurtă de timp, având în vedere viteza de deplasare a luminii. (ToF se transformă în distanță) Aceasta este formula pe care o folosește un analist pentru a ajunge la distanța exactă a unui obiect:

(viteza luminii x timpul de zbor) / 2

ToF se convertește în distanță

După cum puteți vedea, cronometrul va porni în timp ce lumina este stinsă, iar când receptorul primește lumina de răspuns, cronometrul va returna timpul. Prin scăderea de două ori, se obține „timpul de zbor” al luminii, iar viteza luminii este constantă, astfel încât distanța poate fi calculată cu ușurință folosind formula de mai sus. În acest fel, se pot determina toate punctele de pe suprafața obiectului.

Folosește schimbarea de fază a undei AM

În continuare,ToFpoate folosi, de asemenea, unde continue pentru a detecta schimbarea de fază a luminii reflectate pentru a determina adâncimea și distanța.

Schimbare de fază folosind unda AM

Prin modularea amplitudinii, se creează o sursă de lumină sinusoidală cu o frecvență cunoscută, permițând detectorului să determine defazajul luminii reflectate folosind următoarea formulă:

unde c este viteza luminii (c = 3 × 10^8 m/s), λ este lungimea de undă (λ = 15 m), iar f este frecvența, fiecare punct de pe senzor poate fi ușor calculat în profunzime.

Toate aceste lucruri se întâmplă foarte repede, deoarece lucrăm cu viteza luminii. Vă puteți imagina precizia și viteza cu care senzorii sunt capabili să măsoare? Permiteți-mi să dau un exemplu, lumina călătorește cu o viteză de 300.000 de kilometri pe secundă, dacă un obiect se află la 5 m distanță de dvs., diferența de timp dintre lumina care părăsește camera și cea care se întoarce este de aproximativ 33 de nanosecunde, ceea ce este echivalentul a doar 0,000000033 secunde! Uau! Ca să nu mai vorbim de faptul că datele capturate vă vor oferi o reprezentare digitală 3D precisă pentru fiecare pixel din imagine.

Indiferent de principiul utilizat, furnizarea unei surse de lumină care iluminează întreaga scenă permite senzorului să determine adâncimea tuturor punctelor. Un astfel de rezultat vă oferă o hartă a distanței în care fiecare pixel codifică distanța până la punctul corespunzător din scenă. Următorul este un exemplu de grafic al distanței ToF:

Un exemplu de grafic de interval ToF

Acum că știm că ToF funcționează, de ce este bun? De ce să-l folosim? La ce sunt bune? Nu vă faceți griji, există multe avantaje ale utilizării unui senzor ToF, dar, bineînțeles, există și unele limitări.

3. Avantajele utilizării senzorilor de timp de zbor

Măsurare precisă și rapidă

Comparativ cu alți senzori de distanță, cum ar fi ultrasunetele sau laserele, senzorii cu timp de zbor sunt capabili să compună o imagine 3D a unei scene foarte rapid. De exemplu, o cameră ToF poate face acest lucru o singură dată. Nu numai atât, senzorul ToF este capabil să detecteze obiectele cu precizie într-un timp scurt și nu este afectat de umiditate, presiunea aerului și temperatură, ceea ce îl face potrivit atât pentru utilizare în interior, cât și în exterior.

distanță lungă

Deoarece senzorii ToF utilizează lasere, aceștia sunt capabili să măsoare distanțe lungi și raze cu o precizie ridicată. Senzorii ToF sunt flexibili deoarece sunt capabili să detecteze obiecte apropiate și îndepărtate de toate formele și dimensiunile.

De asemenea, este flexibil în sensul că puteți personaliza optica sistemului pentru performanțe optime, putând alege tipurile de emițător și receptor, precum și lentilele pentru a obține câmpul vizual dorit.

Siguranţă

Îngrijorat că laserul de laToFSenzorul vă va răni ochii? Nu vă faceți griji! Mulți senzori ToF folosesc acum un laser infraroșu de putere redusă ca sursă de lumină și îl acționează cu impulsuri modulate. Senzorul îndeplinește standardele de siguranță laser Clasa 1 pentru a asigura siguranța sa pentru ochiul uman.

rentabil

Comparativ cu alte tehnologii de scanare 3D în adâncime, cum ar fi sistemele de camere cu lumină structurată sau telemetrele laser, senzorii ToF sunt mult mai ieftini în comparație cu acestea.

În ciuda tuturor acestor limitări, ToF este încă o metodă foarte fiabilă și foarte rapidă de captare a informațiilor 3D.

4. Limitările ToF

Deși ToF are multe beneficii, are și limitări. Printre limitările ToF se numără:

• Lumină împrăștiată

Dacă suprafețele foarte luminoase sunt foarte aproape de senzorul ToF, acestea pot împrăștia prea multă lumină în receptor și pot crea artefacte și reflexii nedorite, deoarece senzorul ToF trebuie să reflecte lumina doar după ce măsurarea este gata.

• Reflecții multiple

Când se utilizează senzori ToF pe colțuri și forme concave, aceștia pot cauza reflexii nedorite, deoarece lumina poate ricoșa de mai multe ori, distorsionând măsurarea.

• Lumină ambientală

Utilizarea camerei ToF în aer liber, în lumina puternică a soarelui, poate îngreuna utilizarea în exterior. Acest lucru se datorează intensității ridicate a luminii solare, care determină saturarea rapidă a pixelilor senzorului, făcând imposibilă detectarea luminii reflectate de obiect.

• Concluzia

Senzori ToF șiLentilă ToFpoate fi utilizat într-o varietate de aplicații. De la cartografiere 3D, automatizare industrială, detectarea obstacolelor, mașini autonome, agricultură, robotică, navigație în interior, recunoaștere gesturi, scanare obiecte, măsurători, supraveghere până la realitate augmentată! Aplicațiile tehnologiei ToF sunt nelimitate.

Ne puteți contacta pentru orice nevoie de lentile ToF.

Chuang An Optoelectronics se concentrează pe lentile optice de înaltă definiție pentru a crea un brand vizual perfect.

Chuang An Optoelectronics a produs acum o varietate deLentile TOFca:

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