Ziņas — TOF (lidojuma laika) sistēmas pamatprincips un pielietojums

Abonējiet mūsu sociālos tīklus, lai saņemtu tūlītējus ierakstus

Šīs sērijas mērķis ir sniegt lasītājiem padziļinātu un progresīvu izpratni par lidojuma laika (TOF) sistēmu. Saturs aptver visaptverošu TOF sistēmu pārskatu, tostarp detalizētus gan netiešā TOF (iTOF), gan tiešā TOF (dTOF) skaidrojumus. Šajās sadaļās tiek padziļināti aplūkoti sistēmas parametri, to priekšrocības un trūkumi, kā arī dažādi algoritmi. Rakstā tiek pētītas arī dažādas TOF sistēmu sastāvdaļas, piemēram, vertikālie dobuma virsmas emitējošie lāzeri (VCSEL), pārraides un uztveršanas lēcas, uztveršanas sensori, piemēram, CIS, APD, SPAD, SiPM, un vadības shēmas, piemēram, ASIC.

Ievads TOF (lidojuma laiks)

Pamatprincipi

TOF jeb lidojuma laiks ir attāluma mērīšanas metode, aprēķinot laiku, kas nepieciešams, lai gaisma pārvietotos noteiktā attālumā vidē. Šis princips galvenokārt tiek piemērots optiskajos TOF scenārijos, un tas ir relatīvi vienkāršs. Process ietver gaismas avota izstaro gaismas staru, un tiek reģistrēts emisijas laiks. Pēc tam šī gaisma atstarojas no mērķa, to uztver uztvērējs, un tiek reģistrēts uztveršanas laiks. Šo laiku starpība, kas apzīmēta ar t, nosaka attālumu (d = gaismas ātrums (c) × t / 2).

ToF sensoru veidi

Ir divi galvenie ToF sensoru veidi: optiskie un elektromagnētiskie. Optiskie ToF sensori, kas ir biežāk sastopami, attāluma mērīšanai izmanto gaismas impulsus, parasti infrasarkanajā diapazonā. Šie impulsi tiek izstaroti no sensora, atstarojas no objekta un atgriežas sensorā, kur tiek mērīts pārvietojuma laiks un izmantots attāluma aprēķināšanai. Turpretī elektromagnētiskie ToF sensori attāluma mērīšanai izmanto elektromagnētiskos viļņus, piemēram, radaru vai lidaru. Tie darbojas pēc līdzīga principa, bet izmanto citu vidi.attāluma mērīšana.

ToF sensoru pielietojumi

ToF sensori ir daudzpusīgi un ir integrēti dažādās jomās:

Robotika:Izmanto šķēršļu noteikšanai un navigācijai. Piemēram, tādi roboti kā Roomba un Boston Dynamics Atlas izmanto ToF dziļuma kameras apkārtnes kartēšanai un kustību plānošanai.

Drošības sistēmas:Bieži sastopams kustību sensoros iebrucēju noteikšanai, trauksmes signālu iedarbināšanai vai kameru sistēmu aktivizēšanai.

Automobiļu rūpniecība:Iekļauts adaptīvās kruīza kontroles un sadursmju novēršanas vadītāja palīgsistēmās, kļūstot arvien izplatītāks jaunajos transportlīdzekļu modeļos.

Medicīnas jomaIzmanto neinvazīvā attēlveidošanā un diagnostikā, piemēram, optiskajā koherences tomogrāfijā (OCT), iegūstot augstas izšķirtspējas audu attēlus.

Sadzīves elektronikaIntegrēts viedtālruņos, planšetdatoros un klēpjdatoros tādām funkcijām kā sejas atpazīšana, biometriskā autentifikācija un žestu atpazīšana.

Droni:Izmanto navigācijai, sadursmju novēršanai un privātuma un aviācijas problēmu risināšanai

TOF sistēmas arhitektūra

Tipiska TOF sistēma sastāv no vairākām galvenajām sastāvdaļām, lai sasniegtu aprakstīto attāluma mērījumu:

· Raidītājs (Tx):Tas ietver lāzera gaismas avotu, galvenokārtVCSEL, ASIC vadības shēma lāzera vadīšanai un optiskie komponenti staru kūļa vadībai, piemēram, kolimācijas lēcas vai difrakcijas optiskie elementi un filtri.
· Uztvērējs (Rx):Tas sastāv no lēcām un filtriem uztvērēja galā, sensoriem, piemēram, CIS, SPAD vai SiPM atkarībā no TOF sistēmas, un attēla signāla procesora (ISP) liela datu apjoma apstrādei no uztvērēja mikroshēmas.
·Enerģijas pārvaldība:Stabila pārvaldībaStrāvas kontrole VCSEL tranzistoriem un augstsprieguma kontrole SPAD tranzistoriem ir ļoti svarīga, un tam ir nepieciešama stabila jaudas pārvaldība.
· Programmatūras slānis:Tas ietver programmaparatūru, SDK, operētājsistēmu un lietojumprogrammu slāni.

Arhitektūra parāda, kā lāzera stars, kas nāk no VCSEL un ko modificē optiskie komponenti, pārvietojas telpā, atstarojas no objekta un atgriežas uztvērējā. Šajā procesā veiktais laika nobīdes aprēķins atklāj attāluma vai dziļuma informāciju. Tomēr šī arhitektūra neaptver trokšņa ceļus, piemēram, saules gaismas izraisītu troksni vai vairāku ceļu troksni no atstarojumiem, kas tiks aplūkoti vēlāk šajā sērijā.

TOF sistēmu klasifikācija

TOF sistēmas galvenokārt tiek iedalītas kategorijās pēc to attāluma mērīšanas metodēm: tiešā TOF (dTOF) un netiešā TOF (iTOF), katrai no tām ir atšķirīga aparatūras un algoritmiskā pieeja. Sērijā sākotnēji ir izklāstīti to principi, pirms tiek veikta salīdzinoša analīze par to priekšrocībām, izaicinājumiem un sistēmas parametriem.

Lai gan TOF princips šķietami ir vienkāršs — izstarot gaismas impulsu un noteikt tā atgriešanās signālu, lai aprēķinātu attālumu —, sarežģītība slēpjas atgriezušās gaismas atšķiršanā no apkārtējās gaismas. To risina, izstarojot pietiekami spilgtu gaismu, lai sasniegtu augstu signāla un trokšņa attiecību, un izvēloties atbilstošus viļņu garumus, lai samazinātu apkārtējās gaismas traucējumus. Cita pieeja ir kodēt izstaroto gaismu, lai to varētu atšķirt pēc atgriešanās, līdzīgi kā SOS signālus ar lukturīti.

Sērijā tiek salīdzināti dTOF un iTOF, detalizēti apspriežot to atšķirības, priekšrocības un izaicinājumus, un TOF sistēmas tiek kategorizētas pēc sniegtās informācijas sarežģītības, sākot no 1D TOF līdz 3D TOF.

dTOF

Tiešā TOF metode tieši mēra fotona lidojuma laiku. Tās galvenā sastāvdaļa, viena fotona lavīnas diode (SPAD), ir pietiekami jutīga, lai noteiktu atsevišķus fotonus. dTOF izmanto laika korelēto viena fotona skaitīšanu (TCSPC), lai mērītu fotonu ierašanās laiku, konstruējot histogrammu, lai noteiktu visticamāko attālumu, pamatojoties uz konkrētās laika starpības augstāko frekvenci.

iTOF

Netiešā TOF aprēķina lidojuma laiku, pamatojoties uz fāzes starpību starp izstarotajām un uztvertajām viļņu formām, parasti izmantojot nepārtrauktas viļņu vai impulsa modulācijas signālus. iTOF var izmantot standarta attēla sensoru arhitektūras, mērot gaismas intensitāti laika gaitā.

iTOF tiek sīkāk iedalīts nepārtrauktas viļņu modulācijā (CW-iTOF) un impulsa modulācijā (Pulsed-iTOF). CW-iTOF mēra fāzes nobīdi starp izstarotajiem un uztvertajiem sinusoidālajiem viļņiem, savukārt Pulsed-iTOF aprēķina fāzes nobīdi, izmantojot taisnstūra viļņu signālus.

Papildu lasāmviela:

Vikipēdija. (nd). Lidojuma laiks. Iegūts nohttps://lv.wikipedia.org/wiki/Lidojuma_laiks
Sony Semiconductor Solutions Group. (nd). ToF (lidojuma laiks) | Attēlu sensoru izplatītā tehnoloģija. Iegūts nohttps://www.sony-semicon.com/en/technologies/tof
Microsoft. (2021. gada 4. februāris). Ievads Microsoft Time Of Flight (ToF) — Azure Depth Platform. Iegūts nohttps://devblogs.microsoft.com/azure-depth-platform/intro-to-microsoft-time-of-flight-tof
ESCATEC. (2023. gada 2. marts). Lidojuma laika (TOF) sensori: padziļināts pārskats un pielietojumi. Iegūts nohttps://www.escatec.com/news/time-of-flight-tof-sensors-an-in-depth-overview-and-applications

No tīmekļa lapashttps://faster-than-light.net/TOFSystem_C1/

autors: Čao Guangs

Atruna:

Ar šo mēs paziņojam, ka daži no mūsu tīmekļa vietnē redzamajiem attēliem ir apkopoti no interneta un Vikipēdijas ar mērķi veicināt izglītību un informācijas apmaiņu. Mēs respektējam visu veidotāju intelektuālā īpašuma tiesības. Šo attēlu izmantošana nav paredzēta komerciāliem mērķiem.

Ja uzskatāt, ka kāds no izmantotā satura pārkāpj jūsu autortiesības, lūdzu, sazinieties ar mums. Mēs esam vairāk nekā gatavi veikt atbilstošus pasākumus, tostarp noņemt attēlus vai norādīt atbilstošu autorību, lai nodrošinātu atbilstību intelektuālā īpašuma likumiem un noteikumiem. Mūsu mērķis ir uzturēt platformu, kas ir bagāta ar saturu, godīga un respektē citu personu intelektuālā īpašuma tiesības.

Lūdzu, sazinieties ar mums, izmantojot šo e-pasta adresi:sales@lumispot.cnMēs apņemamies nekavējoties rīkoties pēc jebkura paziņojuma saņemšanas un garantējam 100% sadarbību šādu problēmu risināšanā.