Vijesti - Osnovni princip i primjena TOF (Time of Flight) sistema

Pretplatite se na naše društvene mreže za brze objave

Ova serija ima za cilj da čitaocima pruži dubinsko i progresivno razumijevanje sistema mjerenja vremena leta (TOF). Sadržaj obuhvata sveobuhvatan pregled TOF sistema, uključujući detaljna objašnjenja i indirektnog TOF-a (iTOF) i direktnog TOF-a (dTOF). Ovi odjeljci se bave parametrima sistema, njihovim prednostima i nedostacima, te različitim algoritmima. Članak također istražuje različite komponente TOF sistema, kao što su laseri sa vertikalnom šupljinom i površinskim emitovanjem (VCSEL), transmisiona i prijemna sočiva, prijemni senzori poput CIS, APD, SPAD, SiPM i pogonska kola poput ASIC-ova.

Uvod u TOF (vrijeme leta)

Osnovni principi

TOF, skraćenica od Vrijeme leta (Time of Flight), je metoda koja se koristi za mjerenje udaljenosti izračunavanjem vremena potrebnog da svjetlost 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, a vrijeme emisije se bilježi. Ova svjetlost se zatim reflektuje od cilja, prijemnik je hvata i bilježi se vrijeme prijema. Razlika u ovim vremenima, označena kao t, određuje udaljenost (d = brzina svjetlosti (c) × t / 2).

Vrste ToF senzora

Postoje dvije glavne vrste ToF senzora: optički i elektromagnetni. Optički ToF senzori, koji su češći, koriste svjetlosne impulse, obično u infracrvenom rasponu, za mjerenje udaljenosti. Ovi impulsi se emituju iz senzora, reflektiraju se od objekta i vraćaju se do senzora, gdje se mjeri vrijeme putovanja i koristi za izračunavanje udaljenosti. Nasuprot tome, elektromagnetni ToF senzori koriste elektromagnetne valove, poput radara ili lidara, za mjerenje udaljenosti. Oni rade na sličnom principu, ali koriste drugačiji medij za...mjerenje udaljenosti.

Primjena ToF senzora

ToF senzori su svestrani i integrirani su u različita područja:

Robotika:Koristi se za detekciju prepreka i navigaciju. Na primjer, roboti poput Roombe i Atlasa kompanije Boston Dynamics koriste ToF dubinske kamere za mapiranje okoline i planiranje kretanja.

Sigurnosni sistemi:Uobičajeno kod senzora pokreta za detekciju uljeza, aktiviranje alarma ili aktiviranje sistema kamera.

Automobilska industrija:Ugrađen je u sisteme pomoći vozaču za adaptivni tempomat i izbjegavanje sudara, a sve je rasprostranjeniji u novim modelima vozila.

Medicinsko područjeKoristi se u neinvazivnom snimanju i dijagnostici, kao što je optička koherentna tomografija (OCT), koja daje slike tkiva visoke rezolucije.

Potrošačka elektronikaIntegrisan u pametne telefone, tablete i laptope za funkcije poput prepoznavanja lica, biometrijske autentifikacije i prepoznavanja gestikulacije.

Dronovi:Koristi se za navigaciju, izbjegavanje sudara i rješavanje problema privatnosti i avijacije.

Arhitektura TOF sistema

Tipičan TOF sistem se sastoji od nekoliko ključnih komponenti za postizanje mjerenja udaljenosti kao što je opisano:

· Predajnik (Tx):To uključuje laserski izvor svjetlosti, uglavnomVCSEL, ASIC upravljačko kolo za pogon lasera i optičke komponente za kontrolu snopa kao što su kolimatorske leće ili difraktivni optički elementi i filteri.
· Prijemnik (Rx):Ovo se sastoji od sočiva i filtera na prijemnom kraju, senzora poput CIS, SPAD ili SiPM, ovisno o TOF sistemu, i procesora slikovnog signala (ISP) za obradu velikih količina podataka s prijemnog čipa.
·Upravljanje napajanjem:Upravljanje stabilnimRegulacija struje za VCSEL-ove i visokog napona za SPAD-ove je ključna, što zahtijeva robusno upravljanje napajanjem.
· Softverski sloj:To uključuje firmver, SDK, OS i sloj aplikacije.

Arhitektura demonstrira kako laserski snop, koji potiče iz VCSEL-a i modificiran je optičkim komponentama, putuje kroz prostor, reflektira se od objekta i vraća se do prijemnika. Proračun vremenskog intervala u ovom procesu otkriva informacije o udaljenosti ili dubini. Međutim, ova arhitektura ne pokriva putanje šuma, kao što su šum izazvan sunčevom svjetlošću ili višestruki šum od refleksija, o kojima će biti riječi kasnije u seriji.

Klasifikacija TOF sistema

TOF sistemi se prvenstveno kategoriziraju prema tehnikama mjerenja udaljenosti: direktni TOF (dTOF) i indirektni TOF (iTOF), svaki sa različitim hardverskim i algoritamskim pristupima. Serija prvo opisuje njihove principe prije nego što se upusti u komparativnu analizu njihovih prednosti, izazova i sistemskih parametara.

Uprkos naizgled jednostavnom principu TOF-a – emitovanju svjetlosnog impulsa i detekciji njegovog povratka radi izračunavanja udaljenosti – složenost leži u razlikovanju povratne svjetlosti od ambijentalne svjetlosti. Ovo se rješava emitovanjem dovoljno jake svjetlosti da se postigne visok odnos signal-šum i odabirom odgovarajućih talasnih dužina kako bi se minimizirale smetnje ambijentalne svjetlosti. Drugi pristup je kodiranje emitirane svjetlosti kako bi se mogla razlikovati po povratku, slično SOS signalima pomoću baterijske lampe.

Serija nastavlja poređenjem dTOF i iTOF, detaljno raspravljajući o njihovim razlikama, prednostima i izazovima, te dalje kategorizira 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, dioda za detekciju pojedinačnih fotona (SPAD), dovoljno je osjetljiva da detektuje pojedinačne fotone. dTOF koristi vremenski korelirano brojanje pojedinačnih fotona (TCSPC) za mjerenje vremena dolaska fotona, konstruirajući histogram za određivanje najvjerovatnije udaljenosti na osnovu najviše frekvencije određene vremenske razlike.

iTOF

Indirektni TOF izračunava vrijeme leta na osnovu fazne razlike između emitiranih i primljenih talasnih oblika, obično koristeći signale kontinuiranog talasa ili impulsne modulacije. iTOF može koristiti standardne arhitekture senzora slike, mjereći intenzitet svjetlosti tokom vremena.

iTOF se dalje dijeli na modulaciju kontinuiranog vala (CW-iTOF) i modulaciju pulsnog vala (Pulsed-iTOF). CW-iTOF mjeri fazni pomak između emitiranih i primljenih sinusoidnih valova, dok Pulsed-iTOF izračunava fazni pomak koristeći pravokutne valne signale.

Dodatno štivo:

Wikipedia. (nd). Vrijeme leta. Preuzeto sahttps://en.wikipedia.org/wiki/Vrijeme_leta
Sony Semiconductor Solutions Group. (nd). ToF (vrijeme leta) | Uobičajena tehnologija senzora slike. Preuzeto sahttps://www.sony-semicon.com/en/technologies/tof
Microsoft. (4. februar 2021.). 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. (2. mart 2023.). Senzori vremena leta (TOF): Detaljan 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 odgovornosti:

Ovim izjavljujemo da su neke od slika prikazanih na našoj web stranici prikupljene s interneta i Wikipedije, s ciljem promoviranja obrazovanja i dijeljenja informacija. Poštujemo prava intelektualnog vlasništva svih kreatora. Korištenje ovih slika nije namijenjeno za komercijalnu dobit.

Ako smatrate da bilo koji od korištenih sadržaja krši vaša autorska prava, kontaktirajte nas. Više smo nego spremni poduzeti odgovarajuće mjere, uključujući uklanjanje slika ili navođenje odgovarajućeg izvora, kako bismo osigurali usklađenost sa zakonima i propisima o intelektualnom vlasništvu. Naš cilj je održavati platformu koja je bogata sadržajem, pravedna i poštuje prava intelektualnog vlasništva drugih.

Molimo Vas da nas kontaktirate na sljedeću email adresu:sales@lumispot.cnObavezujemo se da ćemo odmah poduzeti mjere po prijemu bilo kakve obavijesti i garantujemo 100% saradnju u rješavanju takvih problema.