Știri - Principiul de bază și aplicarea sistemului TOF (Timpul zborului)

Abonați -vă la rețelele noastre de socializare pentru o postare promptă

Această serie își propune să ofere cititorilor o înțelegere aprofundată și progresivă a sistemului Timpul zborului (TOF). Conținutul acoperă o imagine de ansamblu cuprinzătoare a sistemelor TOF, inclusiv explicații detaliate atât ale TOF indirect (ITOF), cât și ale TOF direct (DTOF). Aceste secțiuni se adună în parametrii sistemului, avantajele și dezavantajele lor și diverși algoritmi. Articolul explorează, de asemenea, diferitele componente ale sistemelor TOF, cum ar fi laserele care emit suprafața cavității verticale (VCSEL), lentile de transmisie și recepție, primind senzori precum CIS, APD, SPAD, SIPM și circuite de șofer precum ASICS.

Introducere în TOF (timpul zborului)

Principiile de bază

TOF, în picioare pentru timpul zborului, este o metodă folosită pentru a măsura distanța, calculând timpul necesar pentru ca lumina să parcurgă o anumită distanță într -un mediu. Acest principiu este aplicat în primul rând în scenarii Optice TOF și este relativ simplu. Procesul implică o sursă de lumină care emite un fascicul de lumină, cu timpul de emisie înregistrat. Această lumină reflectă apoi o țintă, este capturată de un receptor, iar timpul de recepție este remarcat. Diferența din aceste perioade, notată ca t, determină distanța (d = viteza luminii (c) × t / 2).

Tipuri de senzori TOF

Există două tipuri primare de senzori TOF: optic și electromagnetic. Senzorii TOF optici, care sunt mai frecventi, utilizează impulsuri ușoare, de obicei în intervalul infraroșu, pentru măsurarea distanței. Aceste impulsuri sunt emise din senzor, reflectă un obiect și se întorc la senzor, unde timpul de călătorie este măsurat și utilizat pentru a calcula distanța. În schimb, senzorii electromagnetici TOF folosesc unde electromagnetice, cum ar fi radarul sau lidarul, pentru a măsura distanța. Ei funcționează pe un principiu similar, dar folosesc un mediu diferit pentruMăsurarea distanței.

Aplicații ale senzorilor TOF

Senzorii TOF sunt versatili și au fost integrați în diverse câmpuri:

Robotică:Utilizat pentru detectarea și navigarea obstacolelor. De exemplu, roboți precum Atlas de la Roomba și Boston Dynamics folosesc camere de adâncime TOF pentru cartografierea împrejurimilor și pentru a planifica mișcările.

Sisteme de securitate:Frecvent în senzorii de mișcare pentru detectarea intrusilor, declanșarea alarmelor sau activarea sistemelor de camere.

Industria auto:Încorporate în sisteme de asistență a șoferilor pentru controlul adaptiv al croazierelor și evitarea coliziunilor, devenind din ce în ce mai răspândit în modelele noi de vehicule.

Câmp medical: Utilizat în imagini și diagnostice non-invazive, cum ar fi tomografia de coerență optică (OCT), producând imagini de țesuturi de înaltă rezoluție.

Electronica de consum: Integrat în smartphone -uri, tablete și laptopuri pentru caracteristici precum recunoașterea facială, autentificarea biometrică și recunoașterea gesturilor.

Drone:Utilizat pentru navigație, evitarea coliziunii și pentru a aborda problemele privind confidențialitatea și aviația

Arhitectura sistemului TOF

Un sistem TOF tipic constă din mai multe componente cheie pentru a obține măsurarea distanței așa cum este descris:

· Emițător (TX):Aceasta include o sursă de lumină laser, în principal aVcsel, un circuit al șoferului ASIC pentru a conduce laser și componente optice pentru controlul fasciculului, cum ar fi lentile de colimare sau elemente optice difractive și filtre.
· Receptor (RX):Aceasta este formată din lentile și filtre la capătul primitor, senzori precum CSI, SPAD sau SIPM în funcție de sistemul TOF și un procesor de semnal de imagine (ISP) pentru procesarea unor cantități mari de date din cipul receptorului.
·Gestionarea puterii:Gestionarea stabileiControlul curent al VCSEL -urilor și al tensiunii înalte pentru SPADS este crucial, necesitând o gestionare robustă a puterii.
· Strat software:Aceasta include firmware, SDK, sistem de operare și strat de aplicații.

Arhitectura demonstrează modul în care un fascicul laser, originar din VCSEL și modificat de componente optice, călătorește prin spațiu, reflectă un obiect și revine la receptor. Calculul de scurgere a timpului în acest proces dezvăluie informații despre distanță sau adâncime. Cu toate acestea, această arhitectură nu acoperă căi de zgomot, cum ar fi zgomotul indus de lumina soarelui sau zgomotul multi-căi din reflecții, care sunt discutate mai târziu în serie.

Clasificarea sistemelor TOF

Sistemele TOF sunt clasificate în principal în funcție de tehnicile lor de măsurare a distanței: TOF direct (DTOF) și TOF indirect (ITOF), fiecare cu abordări hardware și algoritmice distincte. Seria își prezintă inițial principiile înainte de a se aprofunda într -o analiză comparativă a avantajelor, provocărilor și parametrilor sistemului.

În ciuda principiului aparent simplu al TOF - emiterea unui puls de lumină și detectarea întoarcerii sale pentru a calcula distanța - complexitatea constă în diferențierea luminii de întoarcere de lumina ambientală. Acest lucru este abordat prin emiterea de lumină suficient de strălucitoare pentru a obține un raport semnal-zgomot ridicat și selectând lungimi de undă adecvate pentru a minimiza interferența luminii de mediu. O altă abordare este de a codifica lumina emisă pentru a o face să se distingă la întoarcere, similar cu semnalele SOS cu o lanternă.

Seria continuă să compare DTOF și ITOF, discutând în detaliu diferențele, avantajele și provocările lor și clasifică în continuare sistemele TOF pe baza complexității informațiilor pe care le oferă, de la 1D TOF la 3D TOF.

dtof

TOF direct măsoară direct timpul de zbor al fotonului. Componenta sa cheie, dioda de avalanșă unică (SPAD), este suficient de sensibilă pentru a detecta fotoni singuri. DTOF folosește numărarea de fotoni unică corelată în timp (TCSPC) pentru a măsura timpul sosirilor de foton, construind o histogramă pentru a deduce distanța cea mai probabilă bazată pe cea mai mare frecvență a unei anumite diferențe de timp.

itof

TOF indirect calculează timpul de zbor pe baza diferenței de fază dintre forme de undă emise și primite, folosind în mod obișnuit semnale de modulare a undelor sau a impulsurilor continue. ITOF poate utiliza arhitecturi standard de senzori de imagine, măsurând intensitatea luminii în timp.

ITOF este în continuare împărțit în modularea continuă a undelor (CW-ITOF) și modularea pulsului (pulsată-ITOF). CW-ITOF măsoară deplasarea fazei între undele sinusoidale emise și primite, în timp ce pulsată-Itof calculează deplasarea fazei folosind semnale de undă pătrată.

Citire mai mare:

Wikipedia. (ND). Timpul zborului. Preluat de lahttps://en.wikipedia.org/wiki/time_of_flight
Sony Semiconductor Solutions Group. (ND). TOF (timpul zborului) | Tehnologia comună a senzorilor de imagine. Preluat de lahttps://www.sony-semicon.com/en/technologies/tof
Microsoft. (2021, 4 februarie). Introducere la Microsoft Time of Flight (TOF) - Platforma de adâncime Azure. Preluat de lahttps://devblogs.microsoft.com/azure-depth-platform/intro-to-microsoft-time-of-flight-tof
Escatec. (2023, 2 martie). Senzorii Time of Flight (TOF): o imagine de ansamblu aprofundată și aplicații. Preluat de lahttps://www.escatec.com/news/time-of-flight-tof-sensors-an-in-depth-overview-and-applications

De pe pagina webhttps://faster-than-light.net/tofsystem_c1/

De autorul: Chao Guang

Renunțare la răspundere:

Prin urmare, declarăm că unele dintre imaginile afișate pe site -ul nostru web sunt colectate de pe Internet și Wikipedia, cu scopul de a promova educația și schimbul de informații. Respectăm drepturile de proprietate intelectuală ale tuturor creatorilor. Utilizarea acestor imagini nu este destinată câștigului comercial.

Dacă credeți că vreunul dintre conținutul folosit încalcă drepturile de autor, vă rugăm să ne contactați. Suntem mai mult decât dispuși să luăm măsuri adecvate, inclusiv eliminarea imaginilor sau furnizarea de atribuire adecvată, pentru a asigura respectarea legilor și reglementărilor privind proprietatea intelectuală. Scopul nostru este să menținem o platformă bogată în conținut, corectă și respectă drepturile de proprietate intelectuală ale altora.

Vă rugăm să ne contactați la următoarea adresă de e -mail:sales@lumispot.cn. Ne angajăm să luăm măsuri imediate la primirea unei notificări și să garantăm cooperarea 100% în rezolvarea unor astfel de probleme.