Жаңалықтар - TOF (Time of Flight) жүйесінің негізгі қағидасы және қолданылуы

Жедел пост алу үшін біздің әлеуметтік медиаға жазылыңыз

Бұл топтама оқырмандарға Ұшу уақыты (TOF) жүйесі туралы терең және прогрессивті түсінік беруге бағытталған. Мазмұн жанама TOF (iTOF) және тікелей TOF (dTOF) екеуінің де егжей-тегжейлі түсіндірмелерін қоса, TOF жүйелеріне толық шолуды қамтиды. Бұл бөлімдерде жүйе параметрлері, олардың артықшылықтары мен кемшіліктері, әртүрлі алгоритмдер қарастырылады. Мақалада сонымен қатар TOF жүйелерінің әртүрлі құрамдас бөліктері, мысалы, тік қуысты беттік сәуле шығаратын лазерлер (VCSELs), беру және қабылдау линзалары, CIS, APD, SPAD, SiPM сияқты қабылдағыш сенсорлар және ASIC сияқты драйвер схемалары зерттеледі.

TOF-ке (Time of Flight) кіріспе

Негізгі принциптер

Ұшу уақыты дегенді білдіретін TOF - жарықтың ортада белгілі бір қашықтықты жүріп өту уақытын есептеу арқылы қашықтықты өлшеу үшін қолданылатын әдіс. Бұл принцип ең алдымен оптикалық TOF сценарийлерінде қолданылады және салыстырмалы түрде қарапайым. Процесс жарық сәулесін шығаратын жарық көзін қамтиды, шығарылу уақыты жазылған. Содан кейін бұл жарық нысанаға шағылысып, қабылдағышпен түсіріледі және қабылдау уақыты белгіленеді. Бұл уақыттардың айырмашылығы t деп белгіленген, қашықтықты анықтайды (d = жарық жылдамдығы (c) × t / 2).

ToF сенсорларының түрлері

ToF сенсорларының екі негізгі түрі бар: оптикалық және электромагниттік. Көбірек таралған оптикалық ToF сенсорлары қашықтықты өлшеу үшін әдетте инфрақызыл диапазондағы жарық импульстерін пайдаланады. Бұл импульстар сенсордан шығарылады, нысанды көрсетеді және сенсорға оралады, онда саяхат уақыты өлшенеді және қашықтықты есептеу үшін пайдаланылады. Керісінше, электромагниттік ToF сенсорлары қашықтықты өлшеу үшін радар немесе лидар сияқты электромагниттік толқындарды пайдаланады. Олар ұқсас принцип бойынша жұмыс істейді, бірақ басқа ортаны пайдаланадықашықтықты өлшеу.

ToF сенсорларының қолданбалары

ToF сенсорлары жан-жақты және әртүрлі салаларға біріктірілген:

Робототехника:Кедергілерді анықтау және навигация үшін қолданылады. Мысалы, Roomba және Boston Dynamics 'Atlas сияқты роботтар қоршаған ортаны картаға түсіру және қозғалыстарды жоспарлау үшін ToF тереңдік камераларын пайдаланады.

Қауіпсіздік жүйелері:Зиянкестерді анықтауға, дабылдарды қосуға немесе камера жүйелерін іске қосуға арналған қозғалыс сенсорларында кең таралған.

Автомобиль өнеркәсібі:Бейімделетін круиздік бақылау және соқтығысуды болдырмау үшін жүргізушіге көмекші жүйелерге енгізілген, көліктің жаңа үлгілерінде көбірек таралуда.

Медицина саласы: Оптикалық когерентті томография (ОКТ) сияқты инвазивті емес бейнелеу және диагностикада қолданылады, жоғары ажыратымдылықтағы тіндік кескіндерді шығарады.

Тұрмыстық электроника: Бет-әлпетті тану, биометриялық аутентификация және қимылды тану сияқты мүмкіндіктер үшін смартфондарға, планшеттерге және ноутбуктерге біріктірілген.

Дрондар:Навигация, соқтығысуды болдырмау және құпиялылық пен авиация мәселелерін шешу үшін пайдаланылады

TOF жүйесінің архитектурасы

Әдеттегі TOF жүйесі сипатталғандай қашықтықты өлшеуге қол жеткізу үшін бірнеше негізгі компоненттерден тұрады:

· Таратқыш (Tx):Бұған лазерлік жарық көзі кіреді, негізінен аVCSEL, лазерді басқаруға арналған ASIC драйвер тізбегі және коллимациялық линзалар немесе дифракциялық оптикалық элементтер және сүзгілер сияқты сәулені басқаруға арналған оптикалық компоненттер.
· Қабылдағыш (Rx):Бұл қабылдау жақтағы линзалар мен сүзгілерден, TOF жүйесіне байланысты CIS, SPAD немесе SiPM сияқты сенсорлардан және ресивер чипінен үлкен көлемдегі деректерді өңдеуге арналған кескін сигнал процессорынан (ISP) тұрады.
·Қуатты басқару:Тұрақты басқаруVCSEL үшін токты басқару және SPAD үшін жоғары кернеу өте маңызды, қуатты басқаруды қажет етеді.
· Бағдарламалық қамтамасыз ету деңгейі:Бұған микробағдарлама, SDK, ОЖ және қолданбалы деңгей кіреді.

Архитектура VCSEL-ден шыққан және оптикалық компоненттермен өзгертілген лазер сәулесінің кеңістікте қалай өтетінін, нысанды шағылыстыратынын және қабылдағышқа оралатынын көрсетеді. Бұл процестегі уақыт аралығын есептеу қашықтық немесе тереңдік туралы ақпаратты көрсетеді. Дегенмен, бұл архитектура серияда кейінірек талқыланатын күн сәулесінен туындаған шу немесе шағылысудан болатын көп жолды шу сияқты шу жолдарын қамтымайды.

TOF жүйелерінің классификациясы

TOF жүйелері, ең алдымен, қашықтықты өлшеу әдістері бойынша жіктеледі: тікелей TOF (dTOF) және жанама TOF (iTOF), әрқайсысының нақты аппараттық және алгоритмдік тәсілдері бар. Серия бастапқыда олардың артықшылықтарын, қиындықтарын және жүйе параметрлерін салыстырмалы талдауға кіріспес бұрын олардың принциптерін сипаттайды.

TOF қарапайым болып көрінетін принципіне қарамастан - жарық импульсін шығару және қашықтықты есептеу үшін оның қайтарылуын анықтау - күрделілік қайтарылатын жарықты сыртқы жарықтан ажыратуда жатыр. Бұл жоғары сигнал-шу қатынасына қол жеткізу үшін жеткілікті ашық жарық шығару және қоршаған ортадағы жарық кедергісін азайту үшін сәйкес толқын ұзындығын таңдау арқылы шешіледі. Тағы бір тәсіл - шығарылған жарықты қайтып келгенде ажырату үшін кодтау, фонарь бар SOS сигналдары сияқты.

Серия dTOF пен iTOF салыстыруды жалғастырады, олардың айырмашылықтарын, артықшылықтарын және қиындықтарын егжей-тегжейлі талқылайды және 1D TOF-тан 3D TOF-қа дейінгі аралықта ұсынатын ақпараттың күрделілігіне негізделген TOF жүйелерін одан әрі санаттарға бөледі.

dTOF

Тікелей TOF фотонның ұшу уақытын тікелей өлшейді. Оның негізгі құрамдас бөлігі, жалғыз фотонды көшкін диод (SPAD) бір фотонды анықтау үшін жеткілікті сезімтал. dTOF белгілі бір уақыт айырмашылығының ең жоғары жиілігіне негізделген ең ықтимал қашықтықты шығару үшін гистограмма құрастырып, фотондардың келу уақытын өлшеу үшін Уақытпен байланысты бір фотонды санауды (TCSPC) пайдаланады.

iTOF

Жанама TOF әдетте үздіксіз толқын немесе импульстік модуляция сигналдарын пайдалана отырып, шығарылатын және қабылданған толқын пішіндері арасындағы фазалық айырмашылыққа негізделген ұшу уақытын есептейді. iTOF уақыт бойынша жарық қарқындылығын өлшейтін стандартты кескін сенсорының архитектурасын пайдалана алады.

iTOF одан әрі үздіксіз толқындық модуляцияға (CW-iTOF) және импульстік модуляцияға (импульстік-iTOF) бөлінеді. CW-iTOF шығарылатын және қабылданған синусоидалы толқындар арасындағы фазалық ығысуды өлшейді, ал импульсті-iTOF шаршы толқын сигналдары арқылы фазалық ығысуды есептейді.

Әрі қарай оқу:

Wikipedia. (nd). Ұшу уақыты. Қай жерден алындыhttps://kk.wikipedia.org/wiki/Time_of_flight
Sony Semiconductor Solutions Group. (nd). ToF (Ұшу уақыты) | Кескін сенсорларының жалпы технологиясы. Қай жерден алындыhttps://www.sony-semicon.com/en/technologies/tof
Microsoft. (2021 жыл, 4 ақпан). Microsoft Time Of Flight (ToF) - Azure Depth платформасына кіріспе. Қай жерден алындыhttps://devblogs.microsoft.com/azure-depth-platform/intro-to-microsoft-time-of-flight-tof
ESCATEC. (2023, 2 наурыз). Ұшу уақыты (TOF) сенсорлары: терең шолу және қолданбалар. Қай жерден алындыhttps://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

Жауапкершіліктен бас тарту:

Осы арқылы біз веб-сайтымызда көрсетілген кейбір суреттер білім беру мен ақпарат алмасуды ілгерілету мақсатында Интернет пен Википедиядан жиналғанын мәлімдейміз. Біз барлық авторлардың зияткерлік меншік құқықтарын құрметтейміз. Бұл кескіндерді пайдалану коммерциялық пайдаға арналмаған.

Пайдаланылған мазмұнның кез келгені авторлық құқығыңызды бұзады деп ойласаңыз, бізге хабарласыңыз. Біз зияткерлік меншік туралы заңдар мен ережелердің сақталуын қамтамасыз ету үшін кескіндерді жоюды немесе тиісті атрибуцияны қамтамасыз етуді қоса, тиісті шараларды қабылдауға дайынбыз. Біздің мақсатымыз мазмұнға бай, әділетті және басқалардың зияткерлік меншік құқықтарын құрметтейтін платформаны қолдау.

Бізбен келесі электрондық пошта мекенжайы бойынша хабарласыңыз:sales@lumispot.cn. Біз кез келген хабарламаны алған кезде дереу әрекет етуге міндеттенеміз және кез келген осындай мәселелерді шешуде 100% ынтымақтастыққа кепілдік береміз.