Вести - Основни принцип и примена TOF (времена лета) система

Претплатите се на наше друштвене мреже за брзе објаве

Ова серија има за циљ да читаоцима пружи дубинско и прогресивно разумевање система за мерење времена лета (TOF). Садржај обухвата свеобухватан преглед TOF система, укључујући детаљна објашњења и индиректног TOF-а (iTOF) и директног TOF-а (dTOF). Ови одељци се баве параметрима система, њиховим предностима и манама, као и различитим алгоритмима. Чланак такође истражује различите компоненте TOF система, као што су вертикални шупљинасти ласери са површинским емитовањем (VCSEL), преносна и пријемна сочива, пријемни сензори попут CIS, APD, SPAD, SiPM и драјверска кола попут ASIC-ова.

Увод у време лета (TOF)

Основни принципи

TOF, скраћеница од Време лета (Time of Flight), је метода која се користи за мерење удаљености израчунавањем времена потребног да светлост пређе одређену удаљеност у медијуму. Овај принцип се првенствено примењује у оптичким TOF сценаријима и релативно је једноставан. Процес укључује извор светлости који емитује светлосни сноп, а време емисије се бележи. Ова светлост се затим рефлектује од циља, хвата је пријемник, а време пријема се бележи. Разлика у овим временима, означена као t, одређује удаљеност (d = брзина светлости (c) × t / 2).

Врсте ToF сензора

Постоје две основне врсте ToF сензора: оптички и електромагнетни. Оптички ToF сензори, који су чешћи, користе светлосне импулсе, обично у инфрацрвеном опсегу, за мерење удаљености. Ови импулси се емитују из сензора, рефлектују од објекта и враћају се на сензор, где се мери време путовања и користи за израчунавање удаљености. Насупрот томе, електромагнетни ToF сензори користе електромагнетне таласе, попут радара или лидара, за мерење удаљености. Они раде на сличном принципу, али користе другачији медијум за...мерење удаљености.

Примене ToF сензора

ToF сензори су свестрани и интегрисани су у различите области:

Роботика:Користи се за детекцију препрека и навигацију. На пример, роботи попут Roomba-е и Boston Dynamics-овог Atlas-а користе ToF дубинске камере за мапирање своје околине и планирање кретања.

Безбедносни системи:Уобичајено код сензора покрета за откривање уљеза, активирање аларма или активирање система камера.

Аутомобилска индустрија:Уграђен је у системе за помоћ возачу за адаптивни темпомат и избегавање судара, а постаје све распрострањенији у новим моделима возила.

Медицинска областКористи се у неинвазивном снимању и дијагностици, као што је оптичка кохерентна томографија (ОЦТ), која производи слике ткива високе резолуције.

Потрошачка електроникаИнтегрисан у паметне телефоне, таблете и лаптопове за функције као што су препознавање лица, биометријска аутентификација и препознавање гестова.

Дронови:Користи се за навигацију, избегавање судара и решавање проблема приватности и авијације

Архитектура TOF система

Типичан TOF систем се састоји од неколико кључних компоненти за постизање мерења удаљености као што је описано:

· Предајник (Tx):Ово укључује извор ласерске светлости, углавномVCSEL, ASIC управљачко коло за погон ласера и оптичке компоненте за контролу снопа као што су колиматорска сочива или дифрактивни оптички елементи и филтери.
· Пријемник (Rx):Ово се састоји од сочива и филтера на пријемном крају, сензора попут CIS, SPAD или SiPM у зависности од TOF система и процесора сигнала слике (ISP) за обраду великих количина података са чипа пријемника.
·Управљање напајањем:Управљање стабилнимКонтрола струје за VCSEL-ове и високог напона за SPAD-ове је кључна, захтевајући робусно управљање напајањем.
· Софтверски слој:Ово укључује фирмвер, SDK, ОС и слој апликације.

Архитектура показује како ласерски зрак, који потиче из VCSEL-а и модификован је оптичким компонентама, путује кроз простор, рефлектује се од објекта и враћа се до пријемника. Прорачун временског интервала у овом процесу открива информације о удаљености или дубини. Међутим, ова архитектура не покрива путање шума, као што су шум изазван сунчевом светлошћу или вишеструки шум од рефлексија, о којима ће бити речи касније у серији.

Класификација TOF система

TOF системи се првенствено категоришу према техникама мерења удаљености: директни TOF (dTOF) и индиректни TOF (iTOF), сваки са различитим хардверским и алгоритамским приступима. Серија првобитно описује њихове принципе пре него што се упусти у упоредну анализу њихових предности, изазова и системских параметара.

Упркос наизглед једноставном принципу TOF-а – емитовање светлосног импулса и детекција његовог повратка ради израчунавања удаљености – сложеност лежи у разликовању повратне светлости од амбијенталне светлости. Ово се решава емитовањем довољно јаке светлости да би се постигао висок однос сигнал-шум и одабиром одговарајућих таласних дужина да би се минимизирале интерференције околинске светлости. Други приступ је кодирање емитоване светлости како би се могла разликовати по повратку, слично SOS сигналима помоћу батеријске лампе.

Серија наставља да упоређује dTOF и iTOF, детаљно разматрајући њихове разлике, предности и изазове, и даље категоризује TOF системе на основу сложености информација које пружају, у распону од 1D TOF до 3D TOF.

дТОФ

Директни TOF директно мери време лета фотона. Његова кључна компонента, диода за детекцију једнофотонских лавина (SPAD), довољно је осетљива да детектује појединачне фотоне. dTOF користи временски корелирано бројање појединачних фотона (TCSPC) за мерење времена доласка фотона, конструишући хистограм за одређивање највероватније удаљености на основу највеће фреквенције одређене временске разлике.

иТОФ

Индиректни TOF израчунава време лета на основу фазне разлике између емитованих и примљених таласних облика, обично користећи сигнале континуираног таласа или импулсне модулације. iTOF може да користи стандардне архитектуре сензора слике, мерећи интензитет светлости током времена.

iTOF се даље дели на континуалну таласну модулацију (CW-iTOF) и импулсну модулацију (Pulsed-iTOF). CW-iTOF мери фазни помак између емитованих и примљених синусоидних таласа, док Pulsed-iTOF израчунава фазни помак користећи правоугаоне таласне сигнале.

Додатна литература:

Википедија. (нд). Време лета. Преузето саhttps://en.wikipedia.org/wiki/Време_лета
Sony Semiconductor Solutions Group. (нд). ToF (Време лета) | Заједничка технологија сензора слике. Преузето сахттпс://ввв.сони-семицон.цом/ен/тецхнологиес/тоф
Microsoft. (4. фебруар 2021). Увод у Microsoft Time Of Flight (ToF) - Azure Depth Platform. Преузето саhttps://devblogs.microsoft.com/azure-depth-platform/intro-to-microsoft-time-of-flight-tof
ESCATEC. (2. март 2023). Сензори времена лета (TOF): Детаљан преглед и примене. Преузето сахттпс://ввв.есцатец.цом/невс/тиме-оф-флајт-тоф-сенсорс-ан-ин-дептх-овервиев-анд-апплицатионс

Са веб страницехттпс://фастер-тхан-лигхт.нет/ТОФСистем_Ц1/

аутор: Чао Гуанг

Одрицање одговорности:

Овим изјављујемо да су неке од слика приказаних на нашој веб страници прикупљене са интернета и Википедије, са циљем промоције образовања и размене информација. Поштујемо права интелектуалне својине свих стваралаца. Употреба ових слика није намењена за комерцијалну добит.

Ако сматрате да било који од коришћених садржаја крши ваша ауторска права, контактирајте нас. Више смо него спремни да предузмемо одговарајуће мере, укључујући уклањање слика или навођење одговарајућег ауторства, како бисмо осигурали усклађеност са законима и прописима о интелектуалној својини. Наш циљ је да одржимо платформу која је богата садржајем, фер и поштује права интелектуалне својине других.

Молимо вас да нас контактирате на следећу имејл адресу:sales@lumispot.cnОбавезујемо се да ћемо предузети хитне мере по пријему било каквог обавештења и гарантујемо 100% сарадњу у решавању свих таквих проблема.