Навіны - асноўны прынцып і прымяненне сістэмы TOF (час палёту)

Падпішыцеся на нашы сацыяльныя медыя для аператыўнага паведамлення

Гэтая серыя накіравана на тое, каб даць чытачам паглыбленае і прагрэсіўнае разуменне сістэмы палёту (TOF). Змест ахоплівае ўсебаковы агляд сістэм TOF, уключаючы падрабязныя тлумачэнні як ускоснага TOF (ITOF), так і прамога TOF (DTOF). Гэтыя раздзелы паглыбляюцца ў сістэмныя параметры, іх перавагі і недахопы і розныя алгарытмы. У артыкуле таксама вывучаюцца розныя кампаненты сістэм TOF, такіх як вертыкальная паражнічная паверхня, якая выпраменьвае лазеры (VCSELS), лінзы перадачы і прыёму, прыёмныя датчыкі, такія як CIS, APD, SPAD, SIPM і ланцугі кіроўцы, такія як ASIC.

Уводзіны ў TOF (час палёту)

Асноўныя прынцыпы

TOF, які стаіць на час палёту, - гэта метад, які выкарыстоўваецца для вымярэння адлегласці, вылічаючы час, які патрабуецца, каб святло пераадолеў пэўную адлегласць у асяроддзі. Гэты прынцып у першую чаргу прымяняецца ў аптычных сцэнарыях TOF і адносна просты. Працэс прадугледжвае крыніцу святла, які выпраменьвае прамень святла, з часам запісанага выкіду. Затым гэты святло адлюстроўвае мішэнь, захопліваецца прыёмнікам, і час прыёму адзначаецца. Розніца ў гэтыя часы, пазначаная як t, вызначае адлегласць (d = хуткасць святла (c) × t / 2).

Тыпы датчыкаў TOF

Існуе два асноўныя тыпы датчыкаў TOF: аптычны і электрамагнітны. Аптычныя датчыкі TOF, якія сустракаюцца часцей, выкарыстоўваюць лёгкія імпульсы, звычайна ў інфрачырвоным дыяпазоне, для вымярэння адлегласці. Гэтыя імпульсы выпраменьваюцца з датчыка, адлюстроўваюць аб'ект і вяртаюцца да датчыка, дзе вымяраецца час падарожжа і выкарыстоўваецца для вылічэння адлегласці. У адрозненне ад гэтага, для вымярэння адлегласці выкарыстоўваюць электрамагнітныя хвалі, такія як радары або лідар, як радары або лідар. Яны працуюць па аналагічным прынцыпе, але выкарыстоўваюць іншы асяроддзе дляВымярэнне адлегласці.

Прымяненне датчыкаў TOF

Датчыкі TOF з'яўляюцца універсальнымі і інтэграваны ў розныя палі:

Robotics:Выкарыстоўваецца для выяўлення перашкод і навігацыі. Напрыклад, такія робаты, як Roomba і Boston Dynamics 'Atlas, выкарыстоўваюць камеры глыбіні TOF для адлюстравання навакольнага асяроддзя і планавання рухаў.

Сістэмы бяспекі:Агульныя ў датчыках руху для выяўлення зламыснікаў, запуску сігналізацыі альбо актывацыі сістэм камеры.

Аўтамабільная прамысловасць:Уключаны ў сістэмы асістэм для драйвераў для адаптыўнага круіз-кантролю і пазбягання сутыкнення, становячыся ўсё больш распаўсюджанымі ў новых мадэлях аўтамабіляў.

Медыцынскае поле: Выкарыстоўваецца ў неінвазіўнай візуалізацыі і дыягностыцы, напрыклад, аптычнай кагерэнтнай тамаграфіі (OCT), якая стварае тканкавыя выявы з высокім дазволам.

Спажывецкая электроніка: Убудаваны ў смартфоны, планшэты і ноўтбукі для такіх функцый, як распазнаванне асобы, біяметрычная аўтэнтыфікацыя і распазнаванне жэстаў.

Дроны:Выкарыстоўваецца для навігацыі, пазбягання сутыкненняў і вырашэння праблем прыватнасці і авіяцыі

Архітэктура сістэмы TOF

Тыповая сістэма TOF складаецца з некалькіх ключавых кампанентаў для дасягнення вымярэння адлегласці, як апісана:

· Перадатчык (TX):Сюды ўваходзіць лазерная крыніца святла, галоўным чынамVcsel, ланцуг драйвера ASIC для кіравання лазерам і аптычнымі кампанентамі для кіравання прамянямі, такімі як коллимирующие лінзы або дыфракцыйнай аптычных элементаў, і фільтраў.
· Прыёмнік (RX):Гэта складаецца з лінзаў і фільтраў на прыёме, датчыкі, такія як CIS, SPAD або SIPM, у залежнасці ад сістэмы TOF, і сігнальны працэсар выявы (правайдэр) для апрацоўкі вялікай колькасці дадзеных з чыпа прыёмніка.
·Упраўленне электраэнергіяй:Кіраванне стабільнымБягучы кантроль для VCSEL і высокага напружання для SPAD мае вырашальнае значэнне, што патрабуе надзейнага кіравання электраэнергіяй.
· Пласт праграмнага забеспячэння:Сюды ўваходзяць прашыўка, SDK, АС і ўзровень прыкладанняў.

Архітэктура дэманструе, як лазерны прамень, які паходзіць з VCSEL і мадыфікаваны аптычнымі кампанентамі, падарожнічае па прасторы, адлюстроўвае аб'ект і вяртаецца ў прыёмнік. Разлік прамежак часу ў гэтым працэсе паказвае інфармацыю пра адлегласць або глыбіню. Аднак гэтая архітэктура не ахоплівае шуму, такія як шум, выкліканы сонечным святлом, альбо шматразовы шум ад разважанняў, якія абмяркоўваюцца далей у серыі.

Класіфікацыя сістэм TOF

Сістэмы TOF у першую чаргу класіфікуюцца па тэхніцы вымярэння іх адлегласці: Direct TOF (DTOF) і ўскосным TOF (ITOF), кожны з якіх мае розныя апаратныя і алгарытмічныя падыходы. У серыі першапачаткова выкладзены іх прынцыпы, перш чым паглыбіцца ў параўнальны аналіз сваіх пераваг, праблем і сістэмных параметраў.

Нягледзячы на, здавалася б, просты прынцып TOF - выпраменьванне лёгкага імпульсу і выяўляючы яго вяртанне для вылічэння адлегласці - складанасць заключаецца ў дыферэнцыяцыі святла, які вяртаецца ад навакольнага святла. Гэта вырашаецца шляхам выпраменьвання досыць яркага святла для дасягнення высокага суадносін сігнал-шуму і выбару адпаведных даўжынь хваль для мінімізацыі ўмяшанняў навакольнага асяроддзя. Іншы падыход заключаецца ў кадаванні выпраменьванага святла, каб зрабіць яго адрозным пасля вяртання, падобна на сігналы SOS з ліхтарыкам.

Серыя працягвае параўноўваць DTOF і ITOF, падрабязна абмяркоўваючы іх адрозненні, перавагі і праблемы, а таксама класіфікуе сістэмы TOF на аснове складанасці інфармацыі, якую яны прадастаўляюць, пачынаючы ад 1D TOF да 3D TOF.

dtof

Прамая TOF непасрэдна вымярае час палёту фатона. Яго ключавы кампанент, адзін дыёд фатонавага лавіны (SPAD), досыць адчувальны для выяўлення адзінкавых фатонаў. DTOF выкарыстоўвае час, карэляваны ў адным падліку фатонаў (TCSPC) для вымярэння часу прыбыцця фатонаў, пабудаваўшы гістаграму, каб вывесці найбольш верагодную адлегласць на аснове самай высокай частаты пэўнай розніцы ў часе.

itof

Ускосны TOF разлічвае час палёту на аснове розніцы фаз паміж выпраменьваным і атрыманым формамі хвалі, звычайна выкарыстоўваючы сігналы бесперапыннай хвалі або імпульснай мадуляцыі. ITOF можа выкарыстоўваць стандартныя архітэктуры датчыкаў выявы, вымяраючы інтэнсіўнасць святла з цягам часу.

Далей ITOF падпадзяляецца на бесперапынную мадуляцыю хвалі (CW-ITOF) і імпульсную мадуляцыю (імпульс-ITOF). CW-ITOF вымярае зрух фазы паміж выпраменьваным і атрыманым сінусоідальнымі хвалямі, у той час як імпульсны-ITOF разлічвае зрух фазы з выкарыстаннем сігналаў квадратнай хвалі.

Futher Reading:

Вікіпедыя. (nd). Час палёту. Атрымана зhttps://en.wikipedia.org/wiki/time_of_flight
Sony Semiconductor Solutions Group. (nd). TOF (час палёту) | Агульная тэхналогія датчыкаў выявы. Атрымана зhttps://www.sony-sicon.com/en/technologies/tof
Microsoft. (2021, 4 лютага). Увядзенне ў Microsoft Час палёту (TOF) - платформа глыбіні Azure. Атрымана зhttps://devblogs.microsoft.com/azure-depth-platform/intro-to-microsoft-time-of-flight-tof
Escatec. (2023, 2 сакавіка). Час палёту (TOF) Датчыкі: паглыблены агляд і прыкладанні. Атрымана зhttps://www.escatec.com/news/time-of-flight-tof-sensor

З вэб -старонкіhttps://faster-than-light.net/tofsystem_c1/

Аўтар: Чао Гуан

Адмова ад адказнасці:

Мы заяўляем, што некаторыя выявы, якія адлюстроўваюцца на нашым сайце, збіраюцца з Інтэрнэту і Вікіпедыі з мэтай прасоўвання адукацыі і абмену інфармацыяй. Мы паважаем правы інтэлектуальнай уласнасці ўсіх стваральнікаў. Выкарыстанне гэтых малюнкаў не прызначана для камерцыйнага ўзмацнення.

Калі вы лічыце, што любы з выкарыстаных зместам парушае ваша аўтарскае права, калі ласка, звяжыцеся з намі. Мы больш чым гатовыя прыняць адпаведныя меры, уключаючы выдаленне малюнкаў альбо прадастаўленне належнай атрыбуцыі, каб забяспечыць выкананне законаў і правілаў інтэлектуальнай уласнасці. Наша мэта складаецца ў тым, каб падтрымліваць платформу, багатую зместам, справядлівым і паважае правы інтэлектуальнай уласнасці іншых.

Калі ласка, звяжыцеся з намі па наступным адрасе электроннай пошты:sales@lumispot.cn. Мы абавязаны неадкладна прыняць меры па атрыманні любога апавяшчэння і гарантаваць 100% супрацоўніцтва ў вырашэнні любых такіх пытанняў.