Naujienos – pagrindinis TOF (skrydžio laiko) sistemos principas ir taikymas

Prenumeruokite mūsų socialinius tinklus, kad gautumėte skubius įrašus

Šios serijos tikslas – suteikti skaitytojams išsamų ir laipsnišką supratimą apie skrydžio laiko (TOF) sistemą. Turinys apima išsamią TOF sistemų apžvalgą, įskaitant išsamius netiesioginio TOF (iTOF) ir tiesioginio TOF (dTOF) paaiškinimus. Šiuose skyriuose išsamiai aprašomi sistemos parametrai, jų privalumai ir trūkumai bei įvairūs algoritmai. Straipsnyje taip pat nagrinėjami skirtingi TOF sistemų komponentai, tokie kaip vertikalios rezonatoriaus paviršinio spinduliavimo lazeriai (VCSEL), perdavimo ir priėmimo lęšiai, priėmimo jutikliai, tokie kaip CIS, APD, SPAD, SiPM, ir valdymo grandinės, tokios kaip ASIC.

Įvadas į skrydžio laiką (TOF)

Pagrindiniai principai

TOF (liet. Skrydžio laikas) – tai atstumo matavimo metodas, apskaičiuojant laiką, per kurį šviesa nukeliauja tam tikrą atstumą terpėje. Šis principas daugiausia taikomas optiniuose TOF scenarijuose ir yra gana paprastas. Proceso metu šviesos šaltinis skleidžia šviesos spindulį, o spinduliavimo laikas registruojamas. Tada ši šviesa atsispindi nuo taikinio, yra užfiksuojama imtuvo ir užfiksuojamas priėmimo laikas. Šių laikų skirtumas, žymimas t, lemia atstumą (d = šviesos greitis (c) × t / 2).

ToF jutiklių tipai

Yra du pagrindiniai ToF jutiklių tipai: optiniai ir elektromagnetiniai. Optiniai ToF jutikliai, kurie yra labiau paplitę, atstumui matuoti naudoja šviesos impulsus, paprastai infraraudonųjų spindulių diapazone. Šie impulsai skleidžiami iš jutiklio, atsispindi nuo objekto ir grįžta į jutiklį, kur išmatuojamas sklidimo laikas ir naudojamas atstumui apskaičiuoti. Priešingai, elektromagnetiniai ToF jutikliai atstumui matuoti naudoja elektromagnetines bangas, tokias kaip radaras ar lidaras. Jie veikia panašiu principu, tačiau naudoja kitokią terpę.atstumo matavimas.

ToF jutiklių taikymas

ToF jutikliai yra universalūs ir buvo integruoti įvairiose srityse:

Robotika:Naudojamas kliūčių aptikimui ir navigacijai. Pavyzdžiui, tokie robotai kaip „Roomba“ ir „Boston Dynamics“ „Atlas“ naudoja ToF gylio kameras, kad galėtų stebėti savo aplinką ir planuoti judesius.

Apsaugos sistemos:Įprastai naudojami judesio jutikliuose, skirtuose įsibrovėliams aptikti, signalizacijai įjungti arba kamerų sistemoms aktyvuoti.

Automobilių pramonė:Integruojama į vairuotojo pagalbos sistemas, skirtas prisitaikančiai pastovaus greičio palaikymo sistemai ir susidūrimų vengimui, ir tampa vis labiau paplitusi naujuose automobilių modeliuose.

Medicinos sritisNaudojamas neinvaziniame vaizdavime ir diagnostikoje, pavyzdžiui, optinėje koherentinėje tomografijoje (OKT), siekiant gauti didelės skiriamosios gebos audinių vaizdus.

Buitinė elektronikaIntegruota į išmaniuosius telefonus, planšetinius kompiuterius ir nešiojamuosius kompiuterius, kad būtų galima naudoti tokias funkcijas kaip veido atpažinimas, biometrinis autentifikavimas ir gestų atpažinimas.

Dronai:Naudojamas navigacijai, susidūrimų vengimui ir sprendžiant privatumo bei aviacijos problemas

TOF sistemos architektūra

Tipinę TOF sistemą sudaro keli pagrindiniai komponentai, reikalingi atstumo matavimui atlikti, kaip aprašyta:

· Siųstuvas (Tx):Tai apima lazerio šviesos šaltinį, daugiausia aVCSEL, lazerio valdymo grandinė ASIC ir optiniai komponentai spindulio valdymui, tokie kaip kolimaciniai lęšiai arba difrakciniai optiniai elementai ir filtrai.
· Imtuvas (Rx):Jį sudaro lęšiai ir filtrai priimančiojoje pusėje, jutikliai, tokie kaip CIS, SPAD arba SiPM, priklausomai nuo TOF sistemos, ir vaizdo signalo procesorius (ISP), skirtas dideliems duomenų kiekiams iš imtuvo lusto apdoroti.
·Energijos valdymas:Stabilus valdymasSrovės valdymas VCSEL tranzistoriams ir aukšta įtampa SPAD tranzistoriams yra labai svarbus, todėl reikalingas patikimas energijos valdymas.
· Programinės įrangos sluoksnis:Tai apima programinę-aparatinę įrangą, SDK, OS ir programų lygmenį.

Architektūra demonstruoja, kaip lazerio spindulys, sklindantis iš VCSEL ir modifikuotas optinių komponentų, keliauja erdve, atsispindi nuo objekto ir grįžta į imtuvą. Šio proceso metu skaičiuojamas laiko intervalas atskleidžia atstumo arba gylio informaciją. Tačiau ši architektūra neapima triukšmo kelių, tokių kaip saulės šviesos sukeltas triukšmas ar daugiakanalis atspindžių triukšmas, kurie aptariami vėliau šioje serijoje.

TOF sistemų klasifikacija

TOF sistemos pirmiausia skirstomos pagal jų atstumo matavimo metodus: tiesioginis TOF (dTOF) ir netiesioginis TOF (iTOF), kurių kiekvienas turi skirtingą techninę ir algoritminę įrangą. Serijoje pirmiausia aprašomi jų principai, o tada pateikiama lyginamoji jų privalumų, iššūkių ir sistemos parametrų analizė.

Nors TOF principas, atrodytų, paprastas, slypi grįžtančios šviesos atskyrime nuo aplinkos šviesos. Tai sprendžiama skleidžiant pakankamai ryškią šviesą, kad būtų pasiektas aukštas signalo ir triukšmo santykis, ir parenkant tinkamus bangos ilgius, kad būtų kuo mažiau trukdoma aplinkos šviesai. Kitas būdas – koduoti skleidžiamą šviesą taip, kad ją būtų galima atskirti grįžus, panašiai kaip SOS signalus su žibintuvėliu.

Šioje serijoje toliau lyginami dTOF ir iTOF, išsamiai aptariami jų skirtumai, pranašumai ir iššūkiai, o TOF sistemos suskirstomos į kategorijas pagal jų teikiamos informacijos sudėtingumą – nuo 1D TOF iki 3D TOF.

dTOF

Tiesioginis TOF tiesiogiai matuoja fotono skrydžio laiką. Pagrindinis jo komponentas – pavienių fotonų lavinos diodas (SPAD) – yra pakankamai jautrus, kad aptiktų pavienius fotonus. dTOF naudoja laiko koreliacinį pavienių fotonų skaičiavimą (TCSPC), kad matuotų fotonų atvykimo laiką, sudarydamas histogramą, kad nustatytų labiausiai tikėtiną atstumą pagal konkretaus laiko skirtumo didžiausią dažnį.

iTOF

Netiesioginis TOF apskaičiuoja skrydžio laiką pagal fazių skirtumą tarp skleidžiamų ir priimamų bangų formų, dažniausiai naudodamas nuolatinės bangos arba impulsinės moduliacijos signalus. iTOF gali naudoti standartines vaizdo jutiklių architektūras, matuodamas šviesos intensyvumą laikui bėgant.

iTOF toliau skirstomas į nuolatinės bangos moduliaciją (CW-iTOF) ir impulsinę moduliaciją (Pulsed-iTOF). CW-iTOF matuoja fazės poslinkį tarp skleidžiamų ir priimamų sinusoidinių bangų, o impulsinė-iTOF apskaičiuoja fazės poslinkį naudodamas stačiakampės bangos signalus.

Tolesnė literatūra:

Vikipedija. (nd). Skrydžio laikas. Gauta išhttps://lt.wikipedia.org/wiki/Skrydžio_laikas
„Sony Semiconductor Solutions Group“. (nd). ToF (skrydžio laikas) | Bendroji vaizdo jutiklių technologija. Gauta išhttps://www.sony-semicon.com/en/technologies/tof
„Microsoft“. (2021 m. vasario 4 d.). Įvadas į „Microsoft Time Of Flight“ (ToF) – „Azure Depth Platform“. Gauta išhttps://devblogs.microsoft.com/azure-depth-platform/intro-to-microsoft-time-of-flight-tof
ESCATEC. (2023 m. kovo 2 d.). Skrydžio laiko (TOF) jutikliai: išsami apžvalga ir taikymas. Gauta išhttps://www.escatec.com/news/time-of-flight-tof-sensors-an-in-depth-overview-and-applications

Iš tinklalapiohttps://faster-than-light.net/TOFSystem_C1/

autorius: Chao Guang

Atsakomybės apribojimas:

Pareiškiame, kad kai kurie mūsų svetainėje rodomi vaizdai yra surinkti iš interneto ir Vikipedijos, siekiant skatinti švietimą ir dalijimąsi informacija. Gerbiame visų kūrėjų intelektinės nuosavybės teises. Šių vaizdų naudojimas nėra skirtas komercinei naudai gauti.

Jei manote, kad kuris nors iš panaudoto turinio pažeidžia jūsų autorių teises, susisiekite su mumis. Mes esame pasirengę imtis atitinkamų priemonių, įskaitant vaizdų pašalinimą ar tinkamą priskyrimą, kad užtikrintume intelektinės nuosavybės įstatymų ir kitų teisės aktų laikymąsi. Mūsų tikslas – palaikyti platformą, kurioje gausu turinio, kuri būtų sąžininga ir gerbtų kitų intelektinės nuosavybės teises.

Prašome susisiekti su mumis šiuo el. pašto adresu:sales@lumispot.cnĮsipareigojame nedelsdami imtis veiksmų gavę bet kokį pranešimą ir garantuojame 100 % bendradarbiavimą sprendžiant tokias problemas.