Новини - Основний принцип та застосування системи TOF (Time of Flight)

Підпишіться на наші соціальні медіа для оперативної публікації

Ця серія має на меті надати читачам поглиблене та прогресивне розуміння системи польоту (TOF). Вміст охоплює всебічний огляд систем TOF, включаючи детальні пояснення як непрямого TOF (ITOF), так і прямого TOF (DTOF). Ці розділи заглиблюються в системні параметри, їх переваги та недоліки та різні алгоритми. У статті також досліджуються різні компоненти систем TOF, таких як вертикальна порожнина, що випромінюють лазери (VCSels), лінзи передачі та прийому, отримання датчиків, таких як CI, APD, SPAD, SIPM та ланцюги водія, як ASICS.

Вступ до TOF (час польоту)

Основні принципи

TOF, що стоїть на час польоту, - це метод, який використовується для вимірювання відстані, обчислюючи час, необхідний для світла для проїзду на певну відстань у середовищі. Цей принцип в першу чергу застосовується в оптичних сценаріях TOF і є відносно простим. Процес включає джерело світла, що випромінює промінь світла, з часом викидів. Потім це світло відбивається від цілі, захоплюється приймачем, і час прийому відзначається. Різниця в ці часи, позначена як t, визначає відстань (d = швидкість світла (c) × t / 2).

Типи датчиків TOF

Існує два первинні типи датчиків TOF: оптичні та електромагнітні. Оптичні датчики TOF, які частіше зустрічаються, використовують світлові імпульси, як правило, в інфрачервоному діапазоні для вимірювання відстані. Ці імпульси випромінюються з датчика, відображають об'єкт і повертаються до датчика, де вимірюється час подорожі та використовується для обчислення відстані. На відміну від цього, електромагнітні датчики TOF використовують електромагнітні хвилі, як радіолокатор або лідар, для вимірювання відстані. Вони працюють за аналогічним принципом, але використовують інший носій дляВимірювання відстані.

Застосування датчиків TOF

Датчики TOF є універсальними і були інтегровані в різні сфери:

Робототехніка:Використовується для виявлення перешкод та навігації. Наприклад, такі роботи, як Atlas Dynamics Dynamics, використовують камери глибини TOF для відображення їх оточення та руху планування.

Системи безпеки:Поширені в датчиках руху для виявлення зловмисників, запуску тривожних сигналів або активації систем камер.

Автомобільна промисловість:Включений у системах, що сприяють водіям, для адаптивного круїз-контролю та уникнення зіткнення, що стає все більш поширеним у нових моделях транспортних засобів.

Медична сфера: Займається в неінвазивній візуалізації та діагностиці, таких як оптична когерентна томографія (OCT), створюючи зображення тканин з високою роздільною здатністю.

Побутова електроніка: Інтегрований у смартфони, планшети та ноутбуки для таких функцій, як розпізнавання обличчя, біометрична автентифікація та розпізнавання жестів.

Безпілотники:Використовується для навігації, уникнення зіткнення та вирішення проблем конфіденційності та авіації

Архітектура системи TOF

Типова система TOF складається з декількох ключових компонентів для досягнення вимірювання відстані, як описано:

· Передавач (TX):Сюди входить лазерне джерело світла, головним чиномVCSEL, драйвер -ланцюг ASIC для керування лазером та оптичні компоненти для управління променями, такі як колімацію лінз або дифракційні оптичні елементи, та фільтри.
· Приймач (rx):Це складається з лінз і фільтрів на прийому кінці, датчиків, таких як СНД, SPAD або SIPM, залежно від системи TOF, та процесор сигналу зображення (провайдера) для обробки великих кількостей даних з мікросхеми приймача.
·Управління живленням:Управління стабільнимКонтроль струму для VCSEL та високої напруги для SPADS є вирішальним, що вимагає надійного управління енергією.
· Програмний шар:Сюди входить прошивка, SDK, ОС та рівень додатків.

Архітектура демонструє, як лазерний промінь, що походить від VCSEL та модифікований оптичними компонентами, подорожує простором, відбиває об'єкт і повертається до приймача. Розрахунок часу проміжок часу в цьому процесі виявляє інформацію про відстань або глибину. Однак ця архітектура не охоплює шляхи шуму, таких як шум, спричинений сонячним світлом, або мульти-шум від роздумів, які обговорюються пізніше в серії.

Класифікація систем TOF

Системи TOF в першу чергу класифікуються за методами вимірювання відстані: Прямий TOF (DTOF) та непрямий TOF (ITOF), кожен з яких має чіткі апаратні та алгоритмічні підходи. Серія спочатку окреслює їх принципи, перш ніж заглибитись у порівняльний аналіз їх переваг, викликів та системних параметрів.

Незважаючи на, здавалося б, простий принцип TOF - випромінюючи легкий імпульс і виявляючи його повернення для обчислення відстані - складність полягає в диференціації світла, що повертається від навколишнього світла. Це вирішується шляхом випромінювання достатньо яскравого світла для досягнення високого співвідношення сигнал-шум та вибору відповідних довжин хвиль, щоб мінімізувати перешкоди для навколишнього середовища. Інший підхід полягає в кодуванні випромінюваного світла, щоб його відрізнити при поверненні, подібно до SOS -сигналів із ліхтариком.

Серія продовжує порівнювати DTOF та ITOF, детально обговорюючи їхні відмінності, переваги та проблеми, а також додатково класифікує системи TOF на основі складності інформації, яку вони надають, коливаються від 1D TOF до 3D TOF.

DTOF

Прямий TOF безпосередньо вимірює час польоту фотона. Його ключовий компонент, єдиний фотон лавинний діод (SPAD), досить чутливий для виявлення одиночних фотонів. DTOF використовує час, який корелює один підрахунок фотонів (TCSPC) для вимірювання часу надходження фотонів, будуючи гістограму для виведення найбільш ймовірної відстані на основі найвищої частоти певної різниці в часі.

ITOF

Непрямий TOF обчислює час польоту на основі різниці фаз між випромінюваними та отриманими формами хвиль, зазвичай використовуючи безперервні сигнали модуляції хвилі або імпульс. ITOF може використовувати стандартні архітектури датчиків зображення, вимірюючи інтенсивність світла з часом.

ITOF додатково підрозділяється на безперервну хвильову модуляцію (CW-ITOF) та імпульсну модуляцію (імпульс-ITOF). CW-ITOF вимірює зсув фази між випромінюваними та отриманими синусоїдальними хвилями, тоді як імпульс-ITOF обчислює фазовий зсув за допомогою квадратних хвильових сигналів.

Futer Reading:

Вікіпедія. (ND). Час польоту. Отримано зhttps://en.wikipedia.org/wiki/time_of_flight
Sony Semiconductor Solutions Group. (ND). TOF (час польоту) | Загальна технологія датчиків зображення. Отримано зhttps://www.sony-semicon.com/en/technologies/tof
Microsoft. (2021, 4 лютого). Вступ до Microsoft Time of Flight (TOF) - Платформа глибини Azure. Отримано зhttps://devblogs.microsoft.com/azure-depth-platform/intro-to-microsoft-time-of-flight-tof
Escatec. (2023, 2 березня). Датчики часу польоту (TOF): поглиблений огляд та програми. Отримано зhttps://www.escatec.com/news/time-of-flight-tof-sensors-an-in-depth-overview-and-applications

На веб -сторінціhttps://faster-than-light.net/tofsystem_c1/

Автором: Чао Гуанг

Відмова:

Ми заявляємо, що деякі зображення, що відображаються на нашому веб -сайті, збираються з Інтернету та Вікіпедії з метою просування освіти та обміну інформацією. Ми поважаємо права інтелектуальної власності всіх творців. Використання цих зображень не призначене для комерційної вигоди.

Якщо ви вважаєте, що будь -який з вмісту, що використовується, порушує ваші авторські права, зв'яжіться з нами. Ми більш ніж готові вжити відповідних заходів, включаючи видалення зображень або надання належної приписки, щоб забезпечити дотримання законів та правил інтелектуальної власності. Наша мета - підтримувати платформу, багату вміст, справедливою та поважає права інтелектуальної власності інших.

Будь ласка, зв'яжіться з нами за такою електронною адресою:sales@lumispot.cn. Ми беремо на себе зобов’язання негайно вжити заходів після отримання будь -якого повідомлення та гарантії 100% співпраці у вирішенні будь -яких таких питань.