Iratkozzon fel közösségi oldalainkra az azonnali posztokért
Ez a sorozat célja, hogy mélyreható és folyamatos ismereteket nyújtson az olvasóknak a repülési idő (TOF) rendszerről. A tartalom átfogó áttekintést nyújt a TOF rendszerekről, beleértve mind az indirekt TOF (iTOF), mind a közvetlen TOF (dTOF) részletes magyarázatát. Ezek a részek részletesen ismertetik a rendszerparamétereket, azok előnyeit és hátrányait, valamint a különböző algoritmusokat. A cikk a TOF rendszerek különböző alkotóelemeit is feltárja, mint például a függőleges üreges felületkibocsátó lézerek (VCSEL), az adó- és vevőlencsék, a vevőérzékelők, mint például a CIS, APD, SPAD, SiPM, valamint a meghajtó áramkörök, mint például az ASIC-ek.
Bevezetés a repülési időbe (TOF)
Alapelvek
A TOF, a repülési idő (Time of Flight) rövidítése, egy olyan módszer, amellyel a távolságot mérik, amely során kiszámítják, hogy mennyi idő alatt tesz meg egy bizonyos távolságot a fény egy közegben. Ezt az elvet elsősorban optikai TOF-forgatókönyvekben alkalmazzák, és viszonylag egyszerű. A folyamat során egy fényforrás fénysugarat bocsát ki, amelynek idejét rögzítik. Ez a fény ezután visszaverődik a céltárgyról, egy vevő érzékeli, és a vétel idejét feljegyzik. Ezen idők különbsége, amelyet t-vel jelölünk, határozza meg a távolságot (d = fénysebesség (c) × t / 2).
ToF-érzékelők típusai
A ToF-érzékelőknek két fő típusa van: optikai és elektromágneses. Az optikai ToF-érzékelők, amelyek gyakoribbak, fényimpulzusokat, jellemzően infravörös tartományban, használnak a távolságméréshez. Ezeket az impulzusokat az érzékelő bocsátja ki, visszaverik egy tárgyról, és visszatérnek az érzékelőhöz, ahol a terjedési időt mérik, és ennek alapján kiszámítják a távolságot. Ezzel szemben az elektromágneses ToF-érzékelők elektromágneses hullámokat, például radart vagy lidart használnak a távolság mérésére. Hasonló elven működnek, de más közeget használnak a méréshez.távolságmérés.
ToF érzékelők alkalmazásai
A ToF érzékelők sokoldalúak és számos területen integrálhatók:
Robotika:Akadályérzékeléshez és navigációhoz használják. Például olyan robotok, mint a Roomba és a Boston Dynamics Atlas, ToF mélységi kamerákat használnak a környezetük feltérképezésére és a mozgások megtervezésére.
Biztonsági rendszerek:Gyakori a mozgásérzékelőkben, amelyek behatolók észlelésére, riasztások kiváltására vagy kamerarendszerek aktiválására szolgálnak.
Autóipar:Az adaptív sebességtartó automatika és az ütközésmegelőzés vezetőtámogató rendszereinek részeként egyre elterjedtebb az új járműmodellekben.
Orvosi területNem invazív képalkotásban és diagnosztikában, például optikai koherencia tomográfiában (OCT) alkalmazzák, nagy felbontású szöveti képeket készítve.
Szórakoztató elektronikaOkostelefonokba, táblagépekbe és laptopokba integrálva olyan funkciókhoz, mint az arcfelismerés, a biometrikus hitelesítés és a gesztusfelismerés.
Drónok:Navigációra, ütközések elkerülésére, valamint adatvédelmi és repülési aggályok kezelésére használják
TOF rendszerarchitektúra
Egy tipikus TOF rendszer több kulcsfontosságú komponensből áll a leírt távolságmérés eléréséhez:
· Adó (Tx):Ez magában foglal egy lézerfényforrást, főként egyVCSEL, egy ASIC meghajtó áramkör a lézer meghajtásához, valamint optikai alkatrészek a nyalábvezérléshez, például kollimátorlencsék vagy diffraktív optikai elemek és szűrők.
· Vevő (Rx):Ez a vevőoldalon lencsékből és szűrőkből, a TOF rendszertől függően CIS, SPAD vagy SiPM érzékelőkből, valamint egy képjelfeldolgozóból (ISP) áll, amely nagy mennyiségű adatot dolgoz fel a vevőchipről.
·Energiagazdálkodás:Stabil ügyintézésA VCSEL-ek áramszabályozása és az SPAD-ok nagyfeszültségű szabályozása kulcsfontosságú, ami robusztus energiagazdálkodást igényel.
· Szoftverréteg:Ez magában foglalja a firmware-t, az SDK-t, az operációs rendszert és az alkalmazásréteget.
Az architektúra bemutatja, hogyan halad át a VCSEL-ből származó és optikai komponensek által módosított lézersugár a téren, verődik vissza egy tárgyról, majd tér vissza a vevőhöz. Az ebben a folyamatban alkalmazott időeltolódás-számítás távolság- vagy mélységinformációkat tár fel. Ez az architektúra azonban nem fedi le a zajutakat, például a napfény által kiváltott zajt vagy a visszaverődésekből származó többutas zajt, amelyeket a sorozat későbbi részében tárgyalunk.
A TOF rendszerek osztályozása
A TOF rendszereket elsősorban a távolságmérési technikáik alapján kategorizálják: közvetlen TOF (dTOF) és közvetett TOF (iTOF), mindegyikhez eltérő hardveres és algoritmikus megközelítések tartoznak. A sorozat először felvázolja az alapelveiket, mielőtt összehasonlító elemzésbe bocsátkozna előnyeikről, kihívásaikról és rendszerparamétereikről.
A TOF látszólag egyszerű elve ellenére – fényimpulzus kibocsátása és a visszatérő fény detektálása a távolság kiszámításához – a bonyolultság a visszatérő fény és a környezeti fény megkülönböztetésében rejlik. Ezt úgy oldják meg, hogy kellően erős fényt bocsátanak ki a magas jel-zaj arány eléréséhez, és megfelelő hullámhosszakat választanak ki a környezeti fényinterferencia minimalizálása érdekében. Egy másik megközelítés a kibocsátott fény kódolása, hogy a visszatéréskor megkülönböztethető legyen, hasonlóan a zseblámpával küldött SOS-jelekhez.
A sorozat a dTOF és az iTOF összehasonlításával folytatja, részletesen tárgyalja a különbségeiket, előnyeiket és kihívásaikat, és a TOF rendszereket a szolgáltatott információk összetettsége alapján tovább kategorizálja, az 1D TOF-tól a 3D TOF-ig.
dTOF
A közvetlen TOF (Direct TOF) közvetlenül méri a foton repülési idejét. Kulcsfontosságú eleme, az egyfotonos lavinadióda (SPAD), elég érzékeny ahhoz, hogy érzékelje az egyes fotonokat. A dTOF időkorrelált egyfotonos számlálást (TCSPC) alkalmaz a fotonok érkezési idejének mérésére, egy hisztogramot készítve, amelyből az adott időkülönbség legmagasabb frekvenciája alapján következtetni lehet a legvalószínűbb távolságra.
iTOF
Az indirekt TOF a kibocsátott és vett hullámformák fáziskülönbsége alapján számítja ki a repülési időt, általában folyamatos hullámú vagy impulzusmodulációs jeleket használva. Az iTOF szabványos képérzékelő architektúrákat használhat, a fényintenzitás időbeli mérésével.
Az iTOF tovább oszlik folyamatos hullámú modulációra (CW-iTOF) és impulzusmodulációra (Pulsed-iTOF). A CW-iTOF a kibocsátott és vett szinuszos hullámok közötti fáziseltolódást méri, míg a Pulsed-iTOF négyszögjelek felhasználásával számítja ki a fáziseltolódást.
További olvasmány:
- Wikipédia. (nd). Repülési idő. Letöltve innen:https://hu.wikipedia.org/wiki/Repülési_idő
- Sony Semiconductor Solutions Group. (nd). ToF (Repülési idő) | Képérzékelők Közös Technológiája. Forrás:https://www.sony-semicon.com/en/technologies/tof
- Microsoft. (2021. február 4.). Bevezetés a Microsoft Time Of Flight (ToF) platformjába - Azure Depth Platform. Letöltve innen:https://devblogs.microsoft.com/azure-depth-platform/intro-to-microsoft-time-of-flight-tof
- ESCATEC. (2023. március 2.). Repülési idő (TOF) érzékelők: Részletes áttekintés és alkalmazások. Letöltve innen:https://www.escatec.com/news/time-of-flight-tof-sensors-an-in-depth-overview-and-applications
A weboldalrólhttps://faster-than-light.net/TOFSystem_C1/
a szerző: Chao Guang
Jogi nyilatkozat:
Ezennel kijelentjük, hogy a weboldalunkon megjelenített képek egy részét az internetről és a Wikipédiáról gyűjtöttük össze, azzal a céllal, hogy elősegítsük az oktatást és az információmegosztást. Tiszteletben tartjuk minden alkotó szellemi tulajdonjogait. Ezen képek felhasználása nem kereskedelmi célú.
Ha úgy gondolod, hogy a felhasznált tartalom bármelyike sérti a szerzői jogaidat, kérjük, vedd fel velünk a kapcsolatot. Készek vagyunk megtenni a megfelelő intézkedéseket, beleértve a képek eltávolítását vagy a forrásmegjelölés megfelelő feltüntetését, hogy biztosítsuk a szellemi tulajdonjogokra vonatkozó törvények és szabályozások betartását. Célunk egy olyan platform fenntartása, amely gazdag tartalommal rendelkezik, tisztességes és tiszteletben tartja mások szellemi tulajdonjogait.
Kérjük, vegye fel velünk a kapcsolatot a következő e-mail címen:sales@lumispot.cnKötelezettséget vállalunk arra, hogy azonnal intézkedünk bármilyen értesítés kézhezvételekor, és 100%-os együttműködést garantálunk az ilyen problémák megoldásában.
Közzététel ideje: 2023. dec. 18.