Жаңалықтар - TOF (Ұшу уақыты) жүйесінің негізгі қағидасы және қолданылуы

Жедел жазбалар үшін біздің әлеуметтік желілерге жазылыңыз

Бұл серия оқырмандарға Ұшу уақыты (TOF) жүйесін терең және біртіндеп түсінуге мүмкіндік береді. Мазмұн TOF жүйелеріне жан-жақты шолуды, соның ішінде жанама TOF (iTOF) және тікелей TOF (dTOF) туралы егжей-тегжейлі түсініктемелерді қамтиды. Бұл бөлімдерде жүйе параметрлері, олардың артықшылықтары мен кемшіліктері, сондай-ақ әртүрлі алгоритмдер қарастырылады. Мақалада сонымен қатар TOF жүйелерінің әртүрлі компоненттері, мысалы, тік қуыс бетінің сәулелену лазерлері (VCSEL), беріліс және қабылдау линзалары, CIS, APD, SPAD, SiPM сияқты қабылдау сенсорлары және ASIC сияқты драйвер тізбектері қарастырылады.

Ұшу уақыты (TOF)-қа кіріспе

Негізгі қағидаттар

TOF, ұшу уақыты дегенді білдіреді, қашықтықты өлшеу үшін жарықтың ортада белгілі бір қашықтықты өту уақытын есептеу арқылы қолданылатын әдіс. Бұл принцип негізінен оптикалық TOF сценарийлерінде қолданылады және салыстырмалы түрде қарапайым. Процесс жарық көзінің сәуле шығаруын қамтиды, сәуле шығару уақыты жазылады. Содан кейін бұл жарық нысанадан шағылысады, қабылдағышпен түсіріледі және қабылдау уақыты белгіленеді. Бұл уақыттардың айырмашылығы, t деп белгіленеді, қашықтықты анықтайды (d = жарық жылдамдығы (c) × t / 2).

ToF сенсорларының түрлері

ToF сенсорларының екі негізгі түрі бар: оптикалық және электромагниттік. Оптикалық ToF сенсорлары, кең таралған, қашықтықты өлшеу үшін әдетте инфрақызыл диапазондағы жарық импульстарын пайдаланады. Бұл импульстар сенсордан шығарылады, нысаннан шағылысады және сенсорға оралады, онда жүру уақыты өлшенеді және қашықтықты есептеу үшін қолданылады. Керісінше, электромагниттік ToF сенсорлары қашықтықты өлшеу үшін радар немесе лидар сияқты электромагниттік толқындарды пайдаланады. Олар ұқсас принцип бойынша жұмыс істейді, бірақ басқа ортаны пайдаланады.қашықтықты өлшеу.

ToF сенсорларының қолданылуы

ToF сенсорлары жан-жақты және әртүрлі салаларға біріктірілген:

Робототехника:Кедергілерді анықтау және навигация үшін қолданылады. Мысалы, Roomba және Boston Dynamics компаниясының Atlas сияқты роботтары айналасындағыларды картаға түсіру және қозғалыстарды жоспарлау үшін ToF тереңдік камераларын пайдаланады.

Қауіпсіздік жүйелері:Қозғалыс сенсорларында бұзушыларды анықтау, дабылдарды іске қосу немесе камера жүйелерін іске қосу үшін жиі кездеседі.

Автокөлік өнеркәсібі:Бейімделгіш круиздік бақылау және соқтығысудан аулақ болу үшін жүргізушіге көмекші жүйелерге енгізілген, жаңа көлік үлгілерінде барған сайын кең таралуда.

Медицина саласыОптикалық когерентті томография (ОКТ) сияқты инвазивті емес бейнелеу және диагностикада қолданылады, жоғары ажыратымдылықтағы тіндердің кескіндерін жасайды.

Тұтынушылық электроникаБетті тану, биометриялық аутентификация және қимылды тану сияқты мүмкіндіктер үшін смартфондарға, планшеттерге және ноутбуктерге біріктірілген.

Дрондар:Навигация, соқтығысудан аулақ болу және құпиялылық пен авиация мәселелерін шешу үшін қолданылады

TOF жүйелік архитектурасы

Әдеттегі TOF жүйесі сипатталғандай қашықтықты өлшеуге арналған бірнеше негізгі компоненттерден тұрады:

· Таратқыш (Tx):Бұған лазерлік жарық көзі, негізінен, кіредіVCSEL, лазерді басқаруға арналған ASIC драйвер тізбегі және коллимациялық линзалар немесе дифракциялық оптикалық элементтер сияқты сәулені басқаруға арналған оптикалық компоненттер және сүзгілер.
· Қабылдағыш (Rx):Бұған қабылдау жағындағы линзалар мен сүзгілер, TOF жүйесіне байланысты CIS, SPAD немесе SiPM сияқты сенсорлар және қабылдағыш чипінен көп көлемде деректерді өңдеуге арналған кескін сигналын өңдеуші (ISP) кіреді.
·Қуатты басқару:Тұрақты басқаруVCSEL үшін токты және SPAD үшін жоғары кернеуді басқару өте маңызды, бұл қуатты тиімді басқаруды қажет етеді.
· Бағдарламалық жасақтама деңгейі:Бұған микробағдарлама, SDK, ОС және қолданбалы деңгей кіреді.

Бұл архитектура VCSEL-ден басталатын және оптикалық компоненттермен өзгертілген лазер сәулесінің кеңістікте қалай жүретінін, нысаннан шағылысатынын және қабылдағышқа қалай оралатынын көрсетеді. Бұл процестегі уақыт аралығын есептеу қашықтық немесе тереңдік туралы ақпаратты ашады. Дегенмен, бұл архитектура серияда кейінірек талқыланатын күн сәулесінен туындаған шу немесе шағылысудан туындаған көп жолды шу сияқты шу жолдарын қамтымайды.

TOF жүйелерінің жіктелуі

TOF жүйелері негізінен қашықтықты өлшеу әдістері бойынша жіктеледі: тікелей TOF (dTOF) және жанама TOF (iTOF), әрқайсысының өзіндік аппараттық және алгоритмдік тәсілдері бар. Серияда алдымен олардың артықшылықтары, қиындықтары және жүйелік параметрлерінің салыстырмалы талдауы қарастырылмай тұрып, олардың принциптері сипатталған.

TOF-тың қарапайым қағидасына қарамастан – жарық импульсін шығару және қашықтықты есептеу үшін оның қайтарылуын анықтау – күрделілік қайтып келе жатқан жарықты қоршаған орта жарығынан ажыратуда жатыр. Бұл жоғары сигнал-шу қатынасына қол жеткізу үшін жеткілікті жарқын жарық шығару және қоршаған орта жарығының кедергісін азайту үшін тиісті толқын ұзындықтарын таңдау арқылы шешіледі. Тағы бір тәсіл – шығарылған жарықты қайтарылған кезде ажыратылатындай етіп кодтау, бұл фонарьмен SOS сигналдарына ұқсас.

Бұл серия dTOF және iTOF жүйелерін салыстыруды жалғастырады, олардың айырмашылықтарын, артықшылықтарын және қиындықтарын егжей-тегжейлі талқылайды және TOF жүйелерін олар беретін ақпараттың күрделілігіне қарай 1D TOF-тан 3D TOF-қа дейін жіктейді.

dTOF

Тікелей TOF фотонның ұшу уақытын тікелей өлшейді. Оның негізгі компоненті, бір фотонды көшкін диоды (SPAD), бір фотонды анықтауға жеткілікті сезімтал. dTOF фотондардың келу уақытын өлшеу үшін уақытпен корреляцияланған бір фотонды санауды (TCSPC) қолданады, белгілі бір уақыт айырмашылығының ең жоғары жиілігіне негізделген ең ықтимал қашықтықты анықтау үшін гистограмма жасайды.

iTOF

Жанама TOF ұшу уақытын шығарылған және қабылданған толқын формалары арасындағы фазалық айырмашылық негізінде есептейді, әдетте үздіксіз толқындық немесе импульстік модуляция сигналдарын пайдаланады. iTOF уақыт өте келе жарық қарқындылығын өлшейтін стандартты кескін сенсорының архитектураларын пайдалана алады.

iTOF одан әрі үздіксіз толқын модуляциясы (CW-iTOF) және импульстік модуляция (Pulsed-iTOF) болып бөлінеді. CW-iTOF шығарылған және қабылданған синусоидалы толқындар арасындағы фазалық ығысуды өлшейді, ал Pulsed-iTOF шаршы толқын сигналдарын пайдаланып фазалық ығысуды есептейді.

Қосымша оқу:

Уикипедия. (nd). Ұшу уақыты. Алынған жеріhttps://kk.wikipedia.org/wiki/Time_of_flight
Sony Semiconductor Solutions Group. (nd). ToF (Ұшу уақыты) | Кескін сенсорларының жалпы технологиясы. Алынған жеріhttps://www.sony-semicon.com/en/technologies/tof
Microsoft. (2021, 4 ақпан). Microsoft Time Of Flight (ToF) кіріспесі - Azure Depth Platform. Алынған жеріhttps://devblogs.microsoft.com/azure-depth-platform/intro-to-microsoft-time-of-flight-tof
ESCATEC. (2023, 2 наурыз). Ұшу уақыты (TOF) сенсорлары: терең шолу және қолданылуы. Алынған жері:https://www.escatec.com/news/time-of-flight-tof-sensors-an-in-depth-overview-and-applications

Веб-беттенhttps://faster-than-light.net/TOFSystem_C1/

авторы: Чао Гуан

Ескерту:

Осы арқылы біз веб-сайтымызда көрсетілген кейбір суреттер білім беруді және ақпарат алмасуды насихаттау мақсатында Интернеттен және Уикипедиядан жиналғанын мәлімдейміз. Біз барлық авторлардың зияткерлік меншік құқықтарын құрметтейміз. Бұл суреттерді пайдалану коммерциялық пайда табуды көздемейді.

Егер сіз пайдаланылған кез келген мазмұн сіздің авторлық құқығыңызды бұзады деп ойласаңыз, бізбен хабарласыңыз. Біз зияткерлік меншік туралы заңдар мен ережелердің сақталуын қамтамасыз ету үшін суреттерді жою немесе тиісті сілтеме беру сияқты тиісті шараларды қабылдауға дайынбыз. Біздің мақсатымыз - мазмұнға бай, әділ және басқалардың зияткерлік меншік құқықтарын құрметтейтін платформаны сақтау.

Бізбен келесі электрондық пошта мекенжайы бойынша хабарласыңыз:sales@lumispot.cnБіз кез келген хабарлама алғаннан кейін дереу шара қолдануға міндеттенеміз және осындай мәселелерді шешуде 100% ынтымақтастыққа кепілдік береміз.