Naujienos – Pagrindinis TOF (Skrydžio laiko) sistemos principas ir taikymas

Prenumeruokite mūsų socialinę žiniasklaidą, kad gautumėte greitus įrašus

Šios serijos tikslas – suteikti skaitytojams išsamų ir laipsnišką skrydžio laiko (TOF) sistemos supratimą. Turinys apima išsamią TOF sistemų apžvalgą, įskaitant išsamius netiesioginio TOF (iTOF) ir tiesioginio TOF (dTOF) paaiškinimus. Šiose dalyse gilinamasi į sistemos parametrus, jų privalumus ir trūkumus bei įvairius algoritmus. Straipsnyje taip pat nagrinėjami įvairūs TOF sistemų komponentai, tokie kaip vertikalios ertmės paviršiaus spinduliuojantys lazeriai (VCSEL), perdavimo ir priėmimo lęšiai, priėmimo jutikliai, tokie kaip CIS, APD, SPAD, SiPM, ir tvarkyklės grandinės, pvz., ASIC.

Įvadas į TOF (skrydžio laiką)

Pagrindiniai principai

TOF, reiškiantis skrydžio laiką, yra metodas, naudojamas atstumui matuoti, apskaičiuojant laiką, per kurį šviesa nukeliauja tam tikrą atstumą terpėje. Šis principas pirmiausia taikomas optinio TOF scenarijuose ir yra gana paprastas. Procesas apima šviesos šaltinį, skleidžiantį šviesos spindulį, užregistruojant spinduliavimo laiką. Tada ši šviesa atsispindi nuo taikinio, ją užfiksuoja imtuvas ir pažymimas 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, atstumo matavimui naudoja šviesos impulsus, paprastai infraraudonųjų spindulių diapazone. Šie impulsai skleidžiami iš jutiklio, atsispindi nuo objekto ir grįžta į jutiklį, kur matuojamas kelionės laikas ir naudojamas atstumui apskaičiuoti. Priešingai, elektromagnetiniai ToF jutikliai atstumui matuoti naudoja elektromagnetines bangas, tokias kaip radaras ar lidaras. Jie veikia panašiu principu, bet naudoja skirtingą laikmenąatstumo matavimas.

ToF jutiklių pritaikymas

ToF jutikliai yra universalūs ir integruoti įvairiose srityse:

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

Apsaugos sistemos:Įprasta judesio jutikliuose, skirtuose aptikti įsibrovėlius, suaktyvinti pavojaus signalus arba įjungti kamerų sistemas.

Automobilių pramonė:Įtraukta į pagalbines vairuotojo sistemas, skirtas adaptyviajai pastovaus greičio palaikymo sistemai ir išvengti susidūrimų, vis labiau paplitusi naujuose transporto priemonių modeliuose.

Medicinos sritis: naudojamas neinvaziniam vaizdavimui ir diagnostikai, pvz., optinei koherentinei tomografijai (OCT), kuriant didelės raiškos audinių vaizdus.

Buitinė elektronika: Integruotas į išmaniuosius telefonus, planšetinius kompiuterius ir nešiojamuosius kompiuterius, skirtas tokioms funkcijoms kaip veido atpažinimas, biometrinis autentifikavimas ir gestų atpažinimas.

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

TOF sistemos architektūra

Tipiška TOF sistema susideda iš kelių pagrindinių komponentų, kad būtų galima išmatuoti atstumą, kaip aprašyta:

· Siųstuvas (Tx):Tai apima lazerio šviesos šaltinį, daugiausia aVCSEL, tvarkyklės grandinė ASIC, skirta valdyti lazerį, ir optiniai pluošto valdymo komponentai, pvz., kolimuojantys lęšiai arba difrakciniai optiniai elementai ir filtrai.
· Imtuvas (Rx):Jį sudaro lęšiai ir filtrai priėmimo gale, jutikliai, tokie kaip CIS, SPAD arba SiPM, priklausomai nuo TOF sistemos, ir vaizdo signalo procesorius (ISP), skirtas apdoroti didelius duomenų kiekius iš imtuvo lusto.
·Energijos valdymas:Tvarko stabiliaiSrovės valdymas VCSEL ir aukštos įtampos SPAD yra labai svarbus, todėl reikalingas tvirtas galios valdymas.
· Programinės įrangos sluoksnis:Tai apima programinę-aparatinę įrangą, SDK, OS ir programos sluoksnį.

Architektūra parodo, kaip lazerio spindulys, kilęs iš VCSEL ir modifikuotas optinių komponentų, keliauja per erdvę, atsispindi nuo objekto ir grįžta į imtuvą. Šiame procese apskaičiuojant laiko tarpą atskleidžiama atstumo arba gylio informacija. Tačiau ši architektūra neapima triukšmo takų, tokių kaip saulės šviesos sukeltas triukšmas arba kelių takų atspindžių triukšmas, kurie aptariami vėliau.

TOF sistemų klasifikacija

TOF sistemos pirmiausia skirstomos į kategorijas pagal jų atstumo matavimo metodus: tiesioginis TOF (dTOF) ir netiesioginis TOF (iTOF), kurių kiekviena turi skirtingą aparatinę ir algoritminius metodus. Serija iš pradžių apibūdina jų principus, o po to gilinamasi į lyginamąją jų pranašumų, iššūkių ir sistemos parametrų analizę.

Nepaisant iš pažiūros paprasto TOF principo – spinduliuoti šviesos impulsą ir aptikti jo grįžimą, kad būtų galima apskaičiuoti atstumą – sudėtingumas yra atskirti grįžtančią šviesą nuo aplinkos šviesos. Tai sprendžiama skleidžiant pakankamai ryškią šviesą, kad būtų pasiektas didelis signalo ir triukšmo santykis, ir parenkant atitinkamus bangos ilgius, kad būtų kuo mažiau aplinkos šviesos trukdžių. Kitas būdas yra koduoti skleidžiamą šviesą, kad ją būtų galima atskirti grįžus, panašiai kaip SOS signalai naudojant žibintuvėlį.

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

dTOF

Tiesioginis TOF tiesiogiai matuoja fotono skrydžio laiką. Pagrindinis jo komponentas, vieno fotono lavinos diodas (SPAD), yra pakankamai jautrus, kad aptiktų pavienius fotonus. dTOF naudoja laiko koreliuotą vieno fotono skaičiavimą (TCSPC), kad išmatuotų fotonų atvykimo laiką, sudarydama histogramą, leidžiančią nustatyti labiausiai tikėtiną atstumą pagal didžiausią konkretaus laiko skirtumo dažnį.

iTOF

Netiesioginis TOF apskaičiuoja skrydžio laiką, remdamasis fazių skirtumu tarp skleidžiamų ir priimtų bangų formų, dažniausiai naudodamas nuolatinės bangos arba impulsų moduliavimo signalus. iTOF gali naudoti standartines vaizdo jutiklių architektūras, matuoti šviesos intensyvumą laikui bėgant.

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

Tolesnis skaitymas:

Vikipedija. (nd). Skrydžio laikas. Gauta išhttps://en.wikipedia.org/wiki/Time_of_flight
„Sony Semiconductor Solutions Group“. (nd). ToF (skrydžio laikas) | Bendra 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 programos. 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

Atsisakymas:

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

Jei manote, kad kuris nors naudojamas turinys pažeidžia jūsų autorių teises, susisiekite su mumis. Esame daugiau nei pasirengę imtis atitinkamų priemonių, įskaitant vaizdų pašalinimą arba tinkamo priskyrimo pateikimą, kad užtikrintume intelektinės nuosavybės įstatymų ir taisyklių laikymąsi. Mūsų tikslas yra išlaikyti platformą, kuri būtų turtinga turinio, būtų sąžininga ir gerbia kitų intelektinės nuosavybės teises.

Prašome susisiekti su mumis šiuo el. pašto adresu:sales@lumispot.cn. Įsipareigojame nedelsiant imtis veiksmų gavę pranešimą ir garantuojame 100% bendradarbiavimą sprendžiant tokias problemas.