Știri - Principiul de bază și aplicarea sistemului TOF (Timp de zbor)

Abonați-vă la rețelele noastre sociale pentru postări prompte

Această serie își propune să ofere cititorilor o înțelegere aprofundată și progresivă a sistemului Time of Flight (TOF). Conținutul acoperă o prezentare generală cuprinzătoare a sistemelor TOF, inclusiv explicații detaliate atât pentru TOF indirect (iTOF), cât și pentru TOF direct (dTOF). Aceste secțiuni aprofundează parametrii sistemului, avantajele și dezavantajele acestora, precum și diverși algoritmi. Articolul explorează, de asemenea, diferitele componente ale sistemelor TOF, cum ar fi laserele cu emisie de suprafață în cavitate verticală (VCSEL), lentilele de transmisie și recepție, senzorii de recepție precum CIS, APD, SPAD, SiPM și circuitele de driver precum ASIC-urile.

Introducere în TOF (Timp de Zbor)

Principii de bază

TOF, abrevierea de la Time of Flight (Timp de Zbor), este o metodă utilizată pentru măsurarea distanței prin calcularea timpului necesar luminii pentru a parcurge o anumită distanță într-un mediu. Acest principiu se aplică în principal în scenariile TOF optice și este relativ simplu. Procesul implică o sursă de lumină care emite un fascicul de lumină, iar timpul de emisie este înregistrat. Această lumină se reflectă apoi de o țintă, este captată de un receptor, iar timpul de recepție este notat. Diferența dintre acești timpi, notată cu t, determină distanța (d = viteza luminii (c) × t / 2).

Tipuri de senzori ToF

Există două tipuri principale de senzori ToF: optici și electromagnetici. Senzorii optici ToF, care sunt mai comuni, utilizează impulsuri de lumină, de obicei în domeniul infraroșu, pentru măsurarea distanței. Aceste impulsuri sunt emise de senzor, se reflectă de un obiect și se întorc la senzor, unde timpul de deplasare este măsurat și utilizat pentru a calcula distanța. În schimb, senzorii electromagnetici ToF utilizează unde electromagnetice, cum ar fi radarul sau lidarul, pentru a măsura distanța. Aceștia funcționează pe un principiu similar, dar utilizează un mediu diferit pentru...măsurarea distanței.

Aplicații ale senzorilor ToF

Senzorii ToF sunt versatili și au fost integrați în diverse domenii:

Robotică:Folosit pentru detectarea obstacolelor și navigare. De exemplu, roboți precum Roomba și Atlas de la Boston Dynamics utilizează camere de adâncime ToF pentru cartografierea împrejurimilor și planificarea mișcărilor.

Sisteme de securitate:Comun în cazul senzorilor de mișcare pentru detectarea intrușilor, declanșarea alarmelor sau activarea sistemelor de camere.

Industria auto:Încorporat în sistemele de asistență a șoferului pentru pilot automat adaptiv și evitarea coliziunilor, devenind din ce în ce mai răspândit în noile modele de vehicule.

Domeniul medicalUtilizat în imagistica și diagnosticare neinvazivă, cum ar fi tomografia cu coerență optică (OCT), producând imagini tisulare de înaltă rezoluție.

Electronică de larg consumIntegrat în smartphone-uri, tablete și laptopuri pentru funcții precum recunoaștere facială, autentificare biometrică și recunoaștere gesturi.

Dronele:Utilizat pentru navigație, evitarea coliziunilor și pentru abordarea preocupărilor legate de confidențialitate și aviație

Arhitectura sistemului TOF

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

· Transmițător (Tx):Aceasta include o sursă de lumină laser, în principal oVCSEL, un circuit de acționare ASIC pentru a acționa laserul și componente optice pentru controlul fasciculului, cum ar fi lentile de colimare sau elemente optice difractive și filtre.
· Receptor (Rx):Acesta constă din lentile și filtre la capătul receptorului, senzori precum CIS, SPAD sau SiPM, în funcție de sistemul TOF, și un procesor de semnal de imagine (ISP) pentru procesarea unor cantități mari de date de la cipul receptorului.
·Gestionarea energiei:Gestionarea grajduluiControlul curentului pentru VCSEL-uri și al tensiunii înalte pentru SPAD-uri este crucial, necesitând o gestionare robustă a energiei.
· Stratul software:Aceasta include firmware-ul, SDK-ul, sistemul de operare și stratul de aplicație.

Arhitectura demonstrează cum o rază laser, provenită de la VCSEL și modificată de componente optice, călătorește prin spațiu, se reflectă de un obiect și se întoarce la receptor. Calculul intervalului de timp în acest proces dezvăluie informații despre distanță sau adâncime. Cu toate acestea, această arhitectură nu acoperă căile de zgomot, cum ar fi zgomotul indus de lumina soarelui sau zgomotul multi-căi din reflexii, 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 prezintă inițial principiile lor înainte de a aprofunda o analiză comparativă a avantajelor, provocărilor și parametrilor sistemului.

În ciuda principiului aparent simplu al TOF – emiterea unui impuls luminos și detectarea întoarcerii sale pentru a calcula distanța – complexitatea constă în diferențierea luminii care se întoarce de lumina ambientală. Acest lucru este rezolvat prin emiterea unei lumini suficient de puternice pentru a obține un raport semnal-zgomot ridicat și selectarea lungimilor de undă adecvate pentru a minimiza interferențele luminii ambientale. O altă abordare este codificarea luminii emise pentru a o face distinctă la întoarcere, similar semnalelor SOS cu o lanternă.

Seria continuă prin compararea dTOF și iTOF, discutând în detaliu diferențele, avantajele și provocările acestora și clasificând în continuare sistemele TOF în funcție de complexitatea informațiilor pe care le furnizează, de la TOF 1D la TOF 3D.

dTOF

TOF direct măsoară direct timpul de zbor al fotonului. Componenta sa cheie, dioda de avalanșă cu un singur foton (SPAD), este suficient de sensibilă pentru a detecta fotoni individuali. dTOF utilizează numărarea fotonilor individuali corelați în funcție de timp (TCSPC) pentru a măsura timpul de sosire a fotonilor, construind o histogramă pentru a deduce cea mai probabilă distanță pe baza celei mai mari frecvențe a unei anumite diferențe de timp.

iTOF

TOF indirect calculează timpul de zbor pe baza diferenței de fază dintre formele de undă emise și cele recepționate, utilizând de obicei semnale de modulație a undelor continue sau a impulsurilor. iTOF poate utiliza arhitecturi standard de senzori de imagine, măsurând intensitatea luminii în timp.

iTOF este subdivizat în continuare în modulație continuă (CW-iTOF) și modulație impuls (Pulsed-iTOF). CW-iTOF măsoară defazajul dintre undele sinusoidale emise și recepționate, în timp ce Pulsed-iTOF calculează defazajul folosind semnale pătrate.

Lectură suplimentară:

Wikipedia. (nd). Ora zborului. Preluat de lahttps://ro.wikipedia.org/wiki/Timpul_de_zbor
Sony Semiconductor Solutions Group. (nd). ToF (Timp de zbor) | Tehnologie comună a senzorilor de imagine. Preluat de lahttps://www.sony-semicon.com/en/technologies/tof
Microsoft. (4 februarie 2021). Introducere în Microsoft Time Of Flight (ToF) - Platforma Azure Depth. Accesat de lahttps://devblogs.microsoft.com/azure-depth-platform/intro-to-microsoft-time-of-flight-tof
ESCATEC. (2 martie 2023). Senzori de timp de zbor (TOF): o prezentare generală 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 autor: Chao Guang

Declinare de responsabilitate:

Prin prezenta, 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 partajarea informațiilor. Respectăm drepturile de proprietate intelectuală ale tuturor creatorilor. Utilizarea acestor imagini nu este destinată câștigurilor comerciale.

Dacă considerați că oricare dintre conținuturile utilizate vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să ne contactați. Suntem mai mult decât dispuși să luăm măsuri adecvate, inclusiv eliminarea imaginilor sau furnizarea unei atribuiri corespunzătoare, pentru a asigura respectarea legilor și reglementărilor privind proprietatea intelectuală. Scopul nostru este de a menține o platformă bogată în conținut, corectă și care respectă drepturile de proprietate intelectuală ale altora.

Vă rugăm să ne contactați la următoarea adresă de e-mail:sales@lumispot.cnNe angajăm să luăm măsuri imediate la primirea oricărei notificări și garantăm cooperare 100% în rezolvarea oricăror astfel de probleme.