Ziņas - TOF (lidojuma laika) sistēmas pamatprincips un pielietojums

Abonējiet mūsu sociālos medijus, lai saņemtu uzvedni

Šīs sērijas mērķis ir sniegt lasītājiem padziļinātu un progresīvu izpratni par lidojuma laika (TOF) sistēmu. Saturs aptver visaptverošu TOF sistēmu pārskatu, ieskaitot detalizētus skaidrojumus gan par netiešo TOF (ITOF), gan tiešo TOF (DTOF). Šīs sadaļas iedziļinās sistēmas parametros, to priekšrocībās un trūkumos, kā arī dažādos algoritmos. Rakstā tiek apskatīti arī dažādi TOF sistēmu komponenti, piemēram, vertikālā dobuma virsma, kas izstaro lāzerus (VCSELS), transmisijas un uztveršanas objektīvus, tādus sensorus kā cis, APD, Spad, SIPM un vadītāja shēmas kā ASIC.

Ievads TOF (lidojuma laiks)

Pamatprincipi

TOF, kas atrodas uz lidojuma laiku, ir metode, ko izmanto attāluma mērīšanai, aprēķinot laiku, kas nepieciešams gaismai, lai noteiktu attālumu pārvietotu vidē. Šis princips galvenokārt tiek izmantots optiskos TOF scenārijos un ir samērā vienkāršs. Process ietver gaismas avotu, kas izstaro gaismas staru, reģistrējot emisijas laiku. Pēc tam šī gaisma atspoguļo mērķi, tiek uztverts uztvērējs, un tiek atzīmēts uzņemšanas laiks. Atšķirība šajos laikos, kas apzīmēts kā t, nosaka attālumu (d = gaismas ātrums (c) × t / 2).

Tof sensoru veidi

Ir divi galvenie TOF sensoru veidi: optiskie un elektromagnētiskie. Attāluma mērīšanai optiskie TOF sensori, kas ir biežāk sastopami, attāluma mērīšanai izmanto gaismas impulsus, parasti infrasarkanā diapazonā. Šie impulsi tiek izstaroti no sensora, atstaro objektu un atgriežas sensorā, kur mēra ceļojuma laiku un izmanto attāluma aprēķināšanai. Turpretī, lai izmērītu attālumu, elektromagnētiskie TOF sensori izmanto elektromagnētiskos viļņus, piemēram, radaru vai lidaru. Tie darbojas pēc līdzīga principa, bet izmanto atšķirīgu nesējuattāluma mērīšana.

ToF sensoru pielietojums

TOF sensori ir daudzpusīgi un ir integrēti dažādās jomās:

Robotika:Izmanto šķēršļu noteikšanai un navigācijai. Piemēram, roboti, piemēram, Roomba un Boston Dynamics, atlants izmanto TOF dziļuma kameras viņu apkārtnes un plānošanas kustību kartēšanai.

Drošības sistēmas:Bieži sastopami kustības sensoros iebrucēju noteikšanai, trauksmju izraisīšanai vai kameru sistēmu aktivizēšanai.

Automobiļu rūpniecība:Iekļauts autovadītāju palīdzības sistēmās adaptīvai kruīza kontrolei un izvairīšanai no sadursmēm, kļūstot arvien izplatītāk jaunos transportlīdzekļu modeļos.

Medicīnas joma: Izmanto neinvazīvā attēlveidošanā un diagnostikā, piemēram, optiskās koherences tomogrāfijā (OCT), kas rada augstas izšķirtspējas audu attēlus.

Patēriņa elektronika: Integrēti viedtālruņos, planšetdatoros un klēpjdatoros tādām funkcijām kā sejas atpazīšana, biometriskā autentifikācija un žestu atpazīšana.

Droni:Izmanto navigācijai, izvairīšanai no sadursmēm un privātuma un aviācijas problēmu risināšanai

TOF sistēmas arhitektūra

Tipiska TOF sistēma sastāv no vairākiem galvenajiem komponentiem, lai sasniegtu attāluma mērījumu, kā aprakstīts:

· Raidītājs (TX):Tas ietver lāzera gaismas avotu, galvenokārt aVcsel, vadītāja ķēde ASIC, lai vadītu lāzeru, un optiskie komponenti staru vadībai, piemēram, lēcu kolimatizējošie vai difrakcijas optiskie elementi un filtri.
· Uztvērējs (RX):Tas sastāv no objektīviem un filtriem uztverošā galā, sensoriem, piemēram, CIS, SPAD vai SIPM, atkarībā no TOF sistēmas un attēla signāla procesora (ISP) lielu datu daudzumu apstrādei no uztvērēja mikroshēmas.
·Jaudas pārvaldība:Stabila vadīšanaStrāvas vadības vadība VCSELS un augstspriegums Spads ir būtiska, un tai nepieciešama spēcīga jaudas pārvaldība.
· Programmatūras slānis:Tas ietver programmaparatūru, SDK, OS un lietojumprogrammu slāni.

Arhitektūra parāda, kā lāzera stars, kura izcelsme ir VCSEL un ko modificē ar optiskiem komponentiem, pārvietojas pa kosmosu, atspoguļo objektu un atgriežas uztvērējā. Laika ierobežojuma aprēķins šajā procesā atklāj attālumu vai dziļumu. Tomēr šī arhitektūra neaptver trokšņa celiņus, piemēram, saules gaismas izraisītu troksni vai daudzpakāpju troksni no atstarojumiem, kas tiek apspriesti vēlāk sērijā.

ToF sistēmu klasifikācija

TOF sistēmas galvenokārt tiek klasificētas pēc to attāluma mērīšanas metodēm: tieša TOF (DTOF) un netiešā TOF (ITOF), katra ar atšķirīgu aparatūru un algoritmisko pieeju. Sērija sākotnēji ieskicē to principus, pirms iedziļināties to priekšrocību, izaicinājumu un sistēmas parametru salīdzinošā analīzē.

Neskatoties uz šķietami vienkāršo TOF principu - gaismas impulsa izstarošanu un tā atgriešanās noteikšanu, lai aprēķinātu attālumu - sarežģītība slēpjas, lai atšķirtu atgriešanās gaismu no apkārtējās gaismas. Tas tiek risināts, izstarojot pietiekami spilgtu gaismu, lai sasniegtu augstu signāla un trokšņa attiecību un izvēlētu piemērotus viļņu garumus, lai samazinātu vides gaismas traucējumus. Vēl viena pieeja ir kodēt izstaroto gaismu, lai pēc atgriešanās to atšķirtu, līdzīgi kā SOS signāli ar lukturīti.

Sērija turpina salīdzināt DTOF un ITOF, detalizēti apspriežot to atšķirības, priekšrocības un izaicinājumus, kā arī turpmāk tiek klasificētas TOF sistēmas, pamatojoties uz viņu sniegtās informācijas sarežģītību, sākot no 1D TOF līdz 3D TOF.

dtofs

Tiešais TOF tieši mēra fotona lidojuma laiku. Tā galvenā sastāvdaļa - viena fotona lavīnas diode (SPAD) ir pietiekami jutīga, lai noteiktu atsevišķus fotonus. DTOF izmanto laiku, kas korelē atsevišķu fotonu skaitīšanu (TCSPC), lai izmērītu fotonu ierašanās laiku, konstruējot histogrammu, lai secinātu visticamāko attālumu, pamatojoties uz noteiktas laika starpības augstāko biežumu.

itof

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

ITOF tiek tālāk sadalīta nepārtrauktas viļņu modulācijā (CW-ITOF) un impulsa modulācijā (impulsa-ITOF). CW-ITOF mēra fāzes nobīdi starp izstarotajiem un saņemtajiem sinusoidālajiem viļņiem, savukārt impulsa-ITF aprēķina fāzes nobīdi, izmantojot kvadrātveida viļņu signālus.

Turpmākā lasīšana:

Wikipedia. (nd). Lidojuma laiks. Iegūts nohttps://en.wikipedia.org/wiki/time_of_flight
Sony Semiconductor Solutions Group. (nd). TOF (lidojuma laiks) | Attēlu sensoru kopīgā tehnoloģija. Iegūts nohttps://www.sony-semicon.com/en/technologies/tof
Microsoft. (2021, 4. februāris). Ievads Microsoft lidojuma laikā (TOF) - Azure dziļuma platforma. Iegūts nohttps://devblogs.microsoft.com/azure-depth-platform/intro-to-microsoft-ime-of-flight-tof
Escatec. (2023, 2. marts). Lidojuma laiks (TOF) sensori: padziļināts pārskats un lietojumprogrammas. Iegūts nohttps://www.escatec.com/news/time-offlight-tof-sensors

No tīmekļa lapashttps://faster-than-light.net/tofsystem_c1/

autors: Chao Guang

Atruna:

Ar šo mēs paziņojam, ka daži no mūsu vietnē parādītajiem attēliem ir savākti no interneta un Wikipedia, lai reklamētu izglītību un informācijas apmaiņu. Mēs cienām visu veidotāju intelektuālā īpašuma tiesības. Šo attēlu izmantošana nav paredzēta komerciālam labumam.

Ja uzskatāt, ka kāds no izmantotā satura pārkāpj jūsu autortiesības, lūdzu, sazinieties ar mums. Mēs esam vairāk nekā gatavi veikt atbilstošus pasākumus, ieskaitot attēlu noņemšanu vai pareizas piedēvēšanas nodrošināšanu, lai nodrošinātu intelektuālā īpašuma likumu un noteikumu ievērošanu. Mūsu mērķis ir uzturēt platformu, kas ir bagāta ar saturu, godīgu un ievēro citu intelektuālā īpašuma tiesības.

Lūdzu, sazinieties ar mums pa šo e -pasta adresi:sales@lumispot.cnApvidū Mēs apņemamies nekavējoties rīkoties, saņemot jebkādu paziņojumu un garantējam 100% sadarbību jebkuru šādu problēmu risināšanā.