Pretplatite se na naše društvene mreže za brzu objavu
Ova serija ima za cilj da pruži čitaocima dubinsko i progresivno razumevanje sistema vremena leta (TOF). Sadržaj pokriva sveobuhvatan pregled TOF sistema, uključujući detaljna objašnjenja i indirektnog TOF (iTOF) i direktnog TOF (dTOF). Ovi odeljci se bave parametrima sistema, njihovim prednostima i nedostacima, kao i raznim algoritmima. Članak takođe istražuje različite komponente TOF sistema, kao što su laseri koji emituju površinu vertikalne šupljine (VCSEL), sočiva za prenos i prijem, senzore za prijem kao što su CIS, APD, SPAD, SiPM, i upravljačka kola kao što su ASIC.
Uvod u TOF (vrijeme leta)
Osnovni principi
TOF, što znači vrijeme leta, je metoda koja se koristi za mjerenje udaljenosti izračunavanjem vremena koje je potrebno svjetlosti da pređe određenu udaljenost u mediju. Ovaj princip se prvenstveno primjenjuje u optičkim TOF scenarijima i relativno je jednostavan. Proces uključuje izvor svjetlosti koji emituje snop svjetlosti, pri čemu se bilježi vrijeme emisije. Ovo svjetlo se zatim odbija od mete, hvata ga prijemnik i bilježi se vrijeme prijema. Razlika u tim vremenima, označena kao t, određuje udaljenost (d = brzina svjetlosti (c) × t / 2).
Vrste ToF senzora
Postoje dvije osnovne vrste ToF senzora: optički i elektromagnetni. Optički ToF senzori, koji su češći, koriste svjetlosne impulse, obično u infracrvenom opsegu, za mjerenje udaljenosti. Ovi impulsi se emituju iz senzora, odbijaju od objekta i vraćaju se do senzora, gdje se mjeri vrijeme putovanja i koristi za izračunavanje udaljenosti. Nasuprot tome, elektromagnetski ToF senzori koriste elektromagnetne valove, poput radara ili lidara, za mjerenje udaljenosti. Oni rade na sličnom principu, ali koriste drugačiji medij zamjerenje udaljenosti.
Primjena ToF senzora
ToF senzori su svestrani i integrisani su u različita polja:
robotika:Koristi se za otkrivanje prepreka i navigaciju. Na primjer, roboti kao što su Roomba i Boston Dynamics Atlas koriste ToF dubinske kamere za mapiranje svoje okoline i planiranje kretanja.
Sigurnosni sistemi:Uobičajeni senzori pokreta za otkrivanje uljeza, aktiviranje alarma ili aktiviranje sistema kamera.
Automotive Industry:Ugrađen u sisteme za pomoć vozaču za adaptivni tempomat i izbjegavanje sudara, postaje sve zastupljeniji u novim modelima vozila.
Medical Field: Zaposlen u neinvazivnom snimanju i dijagnostici, kao što je optička koherentna tomografija (OCT), za proizvodnju slika tkiva visoke rezolucije.
Consumer Electronics: Integrisano u pametne telefone, tablete i laptopove za funkcije kao što su prepoznavanje lica, biometrijska autentifikacija i prepoznavanje pokreta.
dronovi:Koristi se za navigaciju, izbjegavanje sudara i za rješavanje pitanja privatnosti i avijacije
TOF sistemska arhitektura
Tipičan TOF sistem se sastoji od nekoliko ključnih komponenti za postizanje mjerenja udaljenosti kako je opisano:
· Odašiljač (Tx):Ovo uključuje laserski izvor svjetlosti, uglavnom aVCSEL, pogonsko kolo ASIC za pokretanje lasera, i optičke komponente za kontrolu zraka kao što su kolimirajuća sočiva ili difrakcijski optički elementi i filteri.
· Prijemnik (Rx):Sastoji se od sočiva i filtera na prijemnoj strani, senzora poput CIS, SPAD ili SiPM u zavisnosti od TOF sistema i procesora signala slike (ISP) za obradu velike količine podataka sa čipa prijemnika.
·Upravljanje napajanjem:Upravljanje stabilnomkontrola struje za VCSEL i visoki napon za SPAD je ključna, jer zahtijeva robusno upravljanje napajanjem.
· Softverski sloj:Ovo uključuje firmver, SDK, OS i sloj aplikacije.
Arhitektura pokazuje kako laserski snop, koji potiče iz VCSEL-a i modifikovan optičkim komponentama, putuje kroz prostor, odbija se od objekta i vraća se u prijemnik. Izračun vremenskog intervala u ovom procesu otkriva informacije o udaljenosti ili dubini. Međutim, ova arhitektura ne pokriva puteve buke, kao što je buka izazvana sunčevom svetlošću ili višeputna buka od refleksija, o kojima se govori kasnije u seriji.
Klasifikacija TOF sistema
TOF sistemi su prvenstveno kategorisani prema tehnikama merenja udaljenosti: direktni TOF (dTOF) i indirektni TOF (iTOF), svaki sa različitim hardverskim i algoritamskim pristupima. Serija u početku iznosi njihove principe prije nego što se upusti u komparativnu analizu njihovih prednosti, izazova i parametara sistema.
Uprkos naizgled jednostavnom principu TOF – emitovanje svetlosnog impulsa i detektovanje njegovog povratka radi izračunavanja udaljenosti – složenost leži u razlikovanju povratne svetlosti od ambijentalnog svetla. Ovo se rješava emitovanjem dovoljno jakog svjetla za postizanje visokog omjera signal/šum i odabirom odgovarajućih talasnih dužina kako bi se minimizirale smetnje svjetlosti iz okoline. Drugi pristup je kodiranje emitovane svjetlosti kako bi se ona razlikovala po povratku, slično SOS signalima s baterijskom lampom.
Serija nastavlja upoređivanjem dTOF i iTOF, detaljno raspravljajući o njihovim razlikama, prednostima i izazovima, i dalje kategorizirajući TOF sisteme na osnovu složenosti informacija koje pružaju, u rasponu od 1D TOF do 3D TOF.
dTOF
Direktni TOF direktno mjeri vrijeme leta fotona. Njegova ključna komponenta, Single Photon Avalanche Diode (SPAD), dovoljno je osjetljiva da detektuje pojedinačne fotone. dTOF koristi vremensko korelirano brojanje pojedinačnih fotona (TCSPC) za mjerenje vremena dolaska fotona, konstruirajući histogram da bi se zaključila najvjerovatnija udaljenost na osnovu najveće frekvencije određene vremenske razlike.
iTOF
Indirektni TOF izračunava vrijeme leta na osnovu fazne razlike između emitovanih i primljenih talasnih oblika, obično koristeći kontinuirane valove ili signale pulsne modulacije. iTOF može koristiti standardnu arhitekturu senzora slike, mjereći intenzitet svjetlosti tokom vremena.
iTOF se dalje dijeli na kontinuiranu valovnu modulaciju (CW-iTOF) i impulsnu modulaciju (Pulsed-iTOF). CW-iTOF mjeri fazni pomak između emitovanih i primljenih sinusoidnih talasa, dok Pulsed-iTOF izračunava fazni pomak koristeći signale pravokutnog talasa.
Dalje čitanje:
- Wikipedia. (nd). Vrijeme leta. Preuzeto sahttps://en.wikipedia.org/wiki/Time_of_flight
- Sony Semiconductor Solutions Group. (nd). ToF (vrijeme leta) | Zajednička tehnologija senzora slike. Preuzeto sahttps://www.sony-semicon.com/en/technologies/tof
- Microsoft. (2021, 4. februar). Uvod u Microsoft Time Of Flight (ToF) - Azure Depth Platform. Preuzeto sahttps://devblogs.microsoft.com/azure-depth-platform/intro-to-microsoft-time-of-flight-tof
- ESCATEC. (2023, 2. mart). Senzori vremena leta (TOF): dubinski pregled i primjene. Preuzeto sahttps://www.escatec.com/news/time-of-flight-tof-sensors-an-in-depth-overview-and-applications
Sa web stranicehttps://faster-than-light.net/TOFSystem_C1/
od autora: Chao Guang
Odricanje od odgovornosti:
Ovim izjavljujemo da su neke od slika prikazanih na našoj web stranici prikupljene sa interneta i Wikipedije, s ciljem promoviranja obrazovanja i razmjene informacija. Poštujemo prava intelektualnog vlasništva svih kreatora. Upotreba ovih slika nije namijenjena komercijalnoj dobiti.
Ako smatrate da bilo koji od korištenih sadržaja krši vaša autorska prava, kontaktirajte nas. Više smo nego spremni da preduzmemo odgovarajuće mere, uključujući uklanjanje slika ili davanje odgovarajućeg atribucije, kako bismo osigurali usklađenost sa zakonima i propisima o intelektualnoj svojini. Naš cilj je održavati platformu koja je bogata sadržajem, poštena i poštuje prava intelektualnog vlasništva drugih.
Molimo kontaktirajte nas na sljedeću email adresu:sales@lumispot.cn. Obavezujemo se da ćemo odmah preduzeti radnje po prijemu bilo kakvog obaveštenja i garantujemo 100% saradnju u rešavanju takvih problema.
Vrijeme objave: 18.12.2023