Hírek - A TOF (repülés ideje) rendszer alapelve és alkalmazása

Iratkozzon fel a közösségi médiára a gyors hozzászóláshoz

Ennek a sorozatnak az a célja, hogy az olvasók alapos és fokozatos megértését biztosítsák a repülés idejéről (TOF). A tartalom a TOF rendszerek átfogó áttekintését tartalmazza, beleértve a közvetett TOF (ITOF) és a Direct TOF (DTOF) részletes magyarázatait. Ezek a szakaszok belemerülnek a rendszerparaméterekbe, azok előnyeibe és hátrányaiba, valamint a különféle algoritmusokba. A cikk a TOF rendszerek különböző alkotóelemeit is feltárja, például a függőleges üregfelület -kibocsátó lézereket (VCSELS), az átviteli és a recepciós lencséket, olyan érzékelőket fogadó érzékelőket, mint a FÁK, APD, SPAD, SIPM és a vezető áramkörök, mint például az ASICS.

Bevezetés a TOF -be (a repülés ideje)

Alapelvek

A TOF, amely a repülés ideje alatt áll, egy olyan módszer, amellyel a távolság mérésére szolgál azáltal, hogy kiszámítja az idő szükséges időt, hogy egy bizonyos távolságot egy közegben haladjon. Ezt az elvet elsősorban az optikai TOF forgatókönyvekben alkalmazzák, és viszonylag egyértelmű. A folyamat magában foglalja a fénysugarak kibocsátását, a kibocsátás idejét rögzítve. Ez a fény ezután tükrözi a célt, egy vevő rögzíti, és a fogadás idejét megfigyeljük. A T -nek jelölt különbség meghatározza a távolságot (d = a fénysebesség (C) × T / 2).

A TOF érzékelők típusai

A TOF -érzékelőknek két elsődleges típusa van: optikai és elektromágneses. A gyakoribb optikai TOF -érzékelők fényimpulzusokat használnak, általában az infravörös tartományban, a távolságméréshez. Ezeket az impulzusokat az érzékelőből bocsátják ki, tükrözik egy tárgyat, és visszatérnek az érzékelőhöz, ahol az utazási időt mérik és a távolság kiszámításához használják. Ezzel szemben az elektromágneses TOF -érzékelők elektromágneses hullámokat, például radarot vagy LIDAR -t használnak a távolság mérésére. Hasonló elven működnek, de más közeget használnaktávolságmérés.

A TOF érzékelők alkalmazása

A TOF érzékelők sokoldalúak, és különféle mezőkbe integrálódtak:

Robotika:Az akadályok észlelésére és navigációjára használják. Például olyan robotok, mint a Roomba és a Boston Dynamics atlasz, a TOF mélységkamerákat alkalmazzák a környezetük és a tervezési mozgások feltérképezésére.

Biztonsági rendszerek:Általános a mozgásérzékelőkben a betolakodók észlelésére, riasztások kiváltására vagy a kamerarendszerek aktiválására.

Autóipar:Beépítve az adaptív sebességtartó automatika és az ütközések elkerülésére szolgáló vezető-asszisztens rendszerekbe, és egyre inkább elterjedt az új járműmodellekben.

Orvosi terület: Nem invazív képalkotásban és diagnosztikában, például optikai koherencia tomográfiában (OCT) alkalmazva, nagy felbontású szövetképeket készítve.

Fogyasztói elektronika: Integrálva az okostelefonokba, táblagépekbe és laptopokba olyan funkciókhoz, mint az arcfelismerés, a biometrikus hitelesítés és a gesztusfelismerés.

Drónok:A navigációra, az ütközés elkerülésére, valamint a magánélet és a repülési aggályok kezelésére használják

TOF rendszer -architektúra

Egy tipikus TOF -rendszer több kulcsfontosságú elemből áll, hogy a távolságmérést a leírtak szerint elérjék:

· Adó (TX):Ez magában foglalja a lézerfény forrást, főleg aVCSEL, a vezető áramkör ASIC a lézer és az optikai alkatrészek meghajtására a gerenda -vezérléshez, például kollimáló lencsék vagy diffrakciós optikai elemek és szűrők.
· Vevő (RX):Ez lencsékből és szűrőkből áll a fogadó végén, az olyan érzékelőkből, mint a CIS, a SPAD vagy a SIPM, a TOF rendszertől függően, és egy képjel -processzort (ISP) a vevő chipből származó nagy mennyiségű adat feldolgozására.
·Teljesítménykezelés:Kezelő stabilA VCSELS aktuális vezérlése és a SPAD -k nagyfeszültségű vezérlése döntő jelentőségű, robusztus energiagazdálkodást igényel.
· Szoftverréteg:Ide tartozik a firmware, az SDK, az OS és az alkalmazásréteg.

Az architektúra megmutatja, hogy a VCSEL -ből származó és az optikai alkatrészek által módosított lézernyaláb miként tükrözi az objektumot, és visszatér a vevőhöz. Az ebben a folyamatban az időbeli kiszámítás feltárja a távolság vagy a mélység információkat. Ez az építészet azonban nem fedi le a zajútokat, például a napfény által kiváltott zajt vagy a reflexiók többúti zaját, amelyeket a sorozat későbbi szakaszában tárgyalunk.

A TOF rendszerek osztályozása

A TOF rendszereket elsősorban a távolságmérési technikákkal kategorizálják: közvetlen TOF (DTOF) és a közvetett TOF (ITOF), mindegyik különálló hardver- és algoritmikus megközelítéssel. A sorozat kezdetben felvázolja alapelveiket, mielőtt előnyeik, kihívásaik és rendszerparamétereik összehasonlító elemzésébe merülne.

Annak ellenére, hogy a TOF látszólag egyszerű elve - egy fényimpulzus kibocsátása és a visszatérés kiszámítása a távolság kiszámításához - a komplexitás abban rejlik, hogy megkülönbözteti a visszatérő fényt a környezeti fénytől. Ezt úgy kezelik, hogy elég erős fényt bocsátanak ki, hogy elérjék a magas jel-zaj arányt, és kiválasztják a megfelelő hullámhosszokat a környezeti fény interferenciájának minimalizálása érdekében. Egy másik megközelítés a kibocsátott fény kódolása, hogy visszatéréskor megkülönböztethető legyen, hasonlóan az SOS jelekhez egy zseblámpával.

A sorozat összehasonlítja a DTOF és az ITOF összehasonlítását, részletesebben megvitatva különbségeiket, előnyeiket és kihívásaikat, és tovább besorolja a TOF rendszereket az általuk nyújtott információk bonyolultsága alapján, az 1D TOF és a 3D TOF között.

dtof

A közvetlen TOF közvetlenül méri a foton repülési idejét. Kulcskomponense, az Single Photon Avalanche Diode (SPAD) elég érzékeny az egyetlen foton észleléséhez. A DTOF időbeli korrelációs egy fotonszámlálást (TCSPC) alkalmaz a foton érkezésének idejének mérésére, és egy hisztogramot épít, hogy a legvalószínűbb távolságot egy adott időbeli különbség legmagasabb gyakorisága alapján vonja le.

itof

A közvetett TOF kiszámítja a repülési időt a kibocsátott és a fogadott hullámformák közötti fáziskülönbség alapján, általában folyamatos hullám- vagy impulzusmodulációs jelekkel. Az ITOF szokásos képérzékelő -architektúrákat használhat, a fényintenzitást az idő múlásával.

Az ITOF tovább fel van osztva a folyamatos hullámmodulációra (CW-ITOF) és az impulzusmodulációra (Pulsed-ITOF). A CW-ITOF a kibocsátott és a kapott szinuszos hullámok közötti fáziseltolódást méri, míg az impulzusos ITOF kiszámítja a fáziseltolódást négyzethullám-jelek segítségével.

Futher olvasás:

Wikipedia. (ND). A repülés ideje. Visszakerülthttps://en.wikipedia.org/wiki/time_of_flight
Sony Semiconductor Solutions Group. (ND). TOF (repülés ideje) | A képérzékelők általános technológiája. Visszakerülthttps://www.sony-semicon.com/en/technologies/tof
Microsoft. (2021, február 4). Bevezetés a Microsoft repülés idejére (TOF) - Azure mélység platform. Visszakerülthttps://devblogs.microsoft.com/azure-depth-platform
Escatec. (2023, március 2). A repülés ideje (TOF) érzékelők: mélyreható áttekintés és alkalmazások. Visszakerülthttps://www.escatec.com/news/time-of-flight-tof-sensors-in-in-depth-oview--papplications

A weboldalrólhttps://faster-than-light.net/tofsystem_c1/

A szerző írta: Chao Guang

Jogi nyilatkozat:

Ezúton kijelentjük, hogy a weboldalunkon megjelenő képek egy részét az internetről és a Wikipedia -ról gyűjtik, azzal a céllal, hogy előmozdítsák az oktatást és az információk megosztását. Tiszteletben tartjuk az összes alkotó szellemi tulajdonjogait. Ezeknek a képeknek a használatát nem a kereskedelmi nyereségre szánják.

Ha úgy gondolja, hogy bármelyik használt tartalom sérti a szerzői jogokat, kérjük, vegye fel velünk a kapcsolatot. Több mint hajlandóak vagyunk megfelelő intézkedéseket hozni, ideértve a képek eltávolítását vagy a megfelelő hozzárendelés biztosítását a szellemi tulajdonról szóló törvények és rendeletek betartása érdekében. Célunk az, hogy olyan platformot tartsunk fenn, amely gazdag tartalomban, tisztességes és tiszteletben tartja mások szellemi tulajdonjogait.

Kérjük, vegye fel velünk a kapcsolatot a következő e -mail címen:sales@lumispot.cn- Elkötelezzük magunkat, hogy azonnali intézkedéseket tegyünk bármilyen értesítés fogadása és az ilyen kérdések megoldásának 100% -os együttműködésének garantálásakor.