Навіны - Асноўны прынцып і прымяненне сістэмы TOF (Time of Flight).

Падпішыцеся на нашы сацыяльныя сеткі, каб атрымліваць аператыўныя паведамленні

Гэтая серыя накіравана на тое, каб даць чытачам глыбокае і прагрэсіўнае разуменне сістэмы часу палёту (TOF). Змест змяшчае поўны агляд сістэм TOF, уключаючы падрабязныя тлумачэнні як ускоснага TOF (iTOF), так і прамога TOF (dTOF). У гэтых раздзелах разглядаюцца параметры сістэмы, іх перавагі і недахопы, а таксама розныя алгарытмы. У артыкуле таксама даследуюцца розныя кампаненты сістэм TOF, такія як павярхоўна-выпраменьваючыя лазеры з вертыкальнай паражніной (VCSEL), лінзы перадачы і прыёму, прыёмныя датчыкі, такія як CIS, APD, SPAD, SiPM, і схемы драйвераў, такія як ASIC.

Уводзіны ў TOF (час палёту)

Асноўныя прынцыпы

TOF, што расшыфроўваецца як Time of Flight, - гэта метад, які выкарыстоўваецца для вымярэння адлегласці шляхам разліку часу, неабходнага святлу для праходжання пэўнай адлегласці ў асяроддзі. Гэты прынцып у асноўным прымяняецца ў сцэнарах аптычнага TOF і адносна просты. Працэс прадугледжвае, што крыніца святла выпраменьвае прамень святла з запісам часу выпраменьвання. Затым гэтае святло адлюстроўваецца ад мэты, улоўліваецца прымачом і запісваецца час прыёму. Розніца ў гэтых часах, пазначаная як t, вызначае адлегласць (d = хуткасць святла (c) × t / 2).

Тыпы датчыкаў ToF

Ёсць два асноўных тыпу датчыкаў ToF: аптычныя і электрамагнітныя. Аптычныя датчыкі ToF, якія з'яўляюцца больш распаўсюджанымі, выкарыстоўваюць светлавыя імпульсы, звычайна ў інфрачырвоным дыяпазоне, для вымярэння адлегласці. Гэтыя імпульсы выпраменьваюцца датчыкам, адлюстроўваюцца ад аб'екта і вяртаюцца да датчыка, дзе вымяраецца час у шляху і выкарыстоўваецца для разліку адлегласці. Наадварот, электрамагнітныя датчыкі ToF выкарыстоўваюць электрамагнітныя хвалі, як радар або лідар, для вымярэння адлегласці. Яны працуюць па падобным прынцыпе, але выкарыстоўваюць іншую сераду длявымярэнне адлегласці.

Прымяненне датчыкаў ToF

Датчыкі ToF з'яўляюцца універсальнымі і былі інтэграваны ў розныя вобласці:

Робататэхніка:Выкарыстоўваецца для выяўлення перашкод і навігацыі. Напрыклад, такія робаты, як Roomba і Atlas ад Boston Dynamics, выкарыстоўваюць камеры глыбіні ToF для нанясення карты наваколля і планавання перамяшчэння.

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

Аўтамабільная прамысловасць:Уключаны ў сістэмы дапамогі вадзіцелю для адаптыўнага круіз-кантролю і прадухілення сутыкненняў, становіцца ўсё больш распаўсюджаным у новых мадэлях аўтамабіляў.

Медыцынская сфера: Выкарыстоўваецца ў неінвазіўнай візуалізацыі і дыягностыцы, такой як аптычная кагерэнтная тамаграфія (АКТ), якая стварае выявы тканін з высокім раздзяленнем.

Бытавая электроніка: інтэграваны ў смартфоны, планшэты і ноўтбукі для такіх функцый, як распазнаванне твараў, біяметрычная аўтэнтыфікацыя і распазнаванне жэстаў.

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

Архітэктура сістэмы TOF

Тыповая сістэма TOF складаецца з некалькіх ключавых кампанентаў для дасягнення апісанага вымярэння адлегласці:

· Перадатчык (Tx):Гэта ўключае ў сябе лазерную крыніцу святла, галоўным чынам aVCSEL, схема драйвера ASIC для кіравання лазерам і аптычныя кампаненты для кіравання прамянём, такія як калімацыйныя лінзы або дыфракцыйныя аптычныя элементы і фільтры.
· Прыёмнік (Rx):Ён складаецца з лінзаў і фільтраў на прыёмным канцы, такіх датчыкаў, як CIS, SPAD або SiPM у залежнасці ад сістэмы TOF, і працэсара сігналу выявы (ISP) для апрацоўкі вялікіх аб'ёмаў даных з чыпа прымача.
·Кіраванне харчаваннем:Упраўленне стайняйКантроль току для VCSEL і высокага напружання для SPAD мае вырашальнае значэнне, патрабуе надзейнага кіравання харчаваннем.
· Праграмны ўзровень:Гэта ўключае ў сябе прашыўку, SDK, АС і прыкладны ўзровень.

Архітэктура дэманструе, як лазерны прамень, які зыходзіць ад VCSEL і мадыфікаваны аптычнымі кампанентамі, рухаецца ў прасторы, адлюстроўваецца ад аб'екта і вяртаецца ў прыёмнік. Разлік прамежку часу ў гэтым працэсе паказвае інфармацыю аб адлегласці або глыбіні. Аднак гэтая архітэктура не ахоплівае шляхі шуму, такія як шум, выкліканы сонечным святлом, або шматшляховы шум ад адлюстраванняў, якія абмяркоўваюцца далей у серыі.

Класіфікацыя сістэм TOF

Сістэмы TOF у першую чаргу класіфікуюцца паводле метадаў вымярэння адлегласці: прамы TOF (dTOF) і ўскосны TOF (iTOF), кожная з якіх мае розныя апаратныя і алгарытмічныя падыходы. Серыя першапачаткова акрэслівае іх прынцыпы, перш чым паглыбіцца ў параўнальны аналіз іх пераваг, праблем і параметраў сістэмы.

Нягледзячы на, здавалася б, просты прынцып TOF - выпраменьванне светлавога імпульсу і выяўленне яго вяртання для разліку адлегласці - складанасць заключаецца ў тым, каб адрозніць святло, якое вяртаецца, ад навакольнага святла. Гэта вырашаецца шляхам выпраменьвання дастаткова яркага святла для дасягнення высокага суадносін сігнал/шум і выбару адпаведных даўжынь хваль для мінімізацыі перашкод навакольнага асяроддзя. Іншы падыход заключаецца ў кадзіраванні выпраменьванага святла, каб зрабіць яго адрозным пасля вяртання, падобна сігналам SOS ліхтарыкам.

Серыя пераходзіць да параўнання dTOF і iTOF, дэталёва абмяркоўваючы іх адрозненні, перавагі і праблемы, а таксама класіфікуе сістэмы TOF на аснове складанасці інфармацыі, якую яны прадастаўляюць, ад 1D TOF да 3D TOF.

dTOF

Прамы TOF непасрэдна вымярае час палёту фатона. Яго ключавы кампанент, аднафатонны лавінны дыёд (SPAD), дастаткова адчувальны, каб выяўляць адзінкавыя фатоны. dTOF выкарыстоўвае карэляваны з часам падлік адзінкавых фатонаў (TCSPC) для вымярэння часу паступлення фатонаў, пабудовы гістаграмы для высновы найбольш верагоднай адлегласці на аснове самай высокай частаты пэўнай розніцы ў часе.

iTOF

Ускосны TOF разлічвае час палёту на аснове рознасці фаз паміж выпраменьванымі і атрыманымі сігналамі, звычайна з выкарыстаннем сігналаў бесперапыннай хвалі або імпульснай мадуляцыі. iTOF можа выкарыстоўваць стандартную архітэктуру датчыка выявы, вымяраючы інтэнсіўнасць святла з цягам часу.

iTOF далей падпадзяляецца на бесперапынную хвалевую мадуляцыю (CW-iTOF) і імпульсную мадуляцыю (Pulsed-iTOF). CW-iTOF вымярае зрух фаз паміж выпраменьванымі і атрыманымі сінусоіднымі хвалямі, у той час як Pulsed-iTOF разлічвае зрух фаз з дапамогай сігналаў квадратнай формы.

Далейшае чытанне:

Вікіпедыя. (й). Час палёту. Атрымана зhttps://en.wikipedia.org/wiki/Time_of_flight
Sony Semiconductor Solutions Group. (й). ToF (час палёту) | Агульная тэхналогія датчыкаў выявы. Атрымана зhttps://www.sony-semicon.com/en/technologies/tof
Microsoft. (2021, 4 лютага). Увядзенне ў Microsoft Time Of Flight (ToF) - платформа Azure Depth. Атрымана зhttps://devblogs.microsoft.com/azure-depth-platform/intro-to-microsoft-time-of-flight-tof
ЭСКАТЭК. (2023, 2 сакавіка). Датчыкі часу палёту (TOF): глыбокі агляд і прымяненне. Атрымана зhttps://www.escatec.com/news/time-of-flight-tof-sensors-an-in-depth-overview-and-applications

З вэб-старонкіhttps://faster-than-light.net/TOFSystem_C1/

па аўтару: Чао Гуан

Адмова ад адказнасці:

Сапраўдным мы заяўляем, што некаторыя выявы, паказаныя на нашым сайце, сабраны з Інтэрнэту і Вікіпедыі з мэтай садзейнічання адукацыі і абмену інфармацыяй. Мы паважаем правы інтэлектуальнай уласнасці ўсіх стваральнікаў. Выкарыстанне гэтых малюнкаў не прызначана для атрымання камерцыйнай выгады.

Калі вы лічыце, што які-небудзь выкарыстаны кантэнт парушае вашыя аўтарскія правы, звяжыцеся з намі. Мы больш чым гатовыя прыняць адпаведныя меры, у тым ліку выдаленне малюнкаў або прадастаўленне належнага атрыбуцыі, каб забяспечыць захаванне законаў і правілаў аб інтэлектуальнай уласнасці. Наша мэта складаецца ў тым, каб падтрымліваць платформу з багатым кантэнтам, справядлівую і паважаць правы інтэлектуальнай уласнасці іншых.

Калі ласка, звяжыцеся з намі па наступным адрасе электроннай пошты:sales@lumispot.cn. Мы абавязуемся прыняць неадкладныя меры пасля атрымання любога паведамлення і гарантуем 100% супрацоўніцтва ў вырашэнні любых такіх праблем.