Abonneer u op onze sociale media voor een snel bericht
Deze serie is bedoeld om lezers een diepgaand en progressief begrip van het Time of Flight (TOF) -systeem te bieden. De inhoud omvat een uitgebreid overzicht van TOF -systemen, inclusief gedetailleerde uitleg van zowel indirecte TOF (ITOF) als Direct TOF (DTOF). Deze secties duiken in systeemparameters, hun voor- en nadelen en verschillende algoritmen. Het artikel onderzoekt ook de verschillende componenten van TOF -systemen, zoals verticale holte -oppervlakte -emitterende lasers (VCSels), transmissie- en ontvangstlenzen, die sensoren ontvangen zoals CIS, APD, Spad, SIPM en chauffeurscircuits zoals ASIC's.
Inleiding tot TOF (vluchttijd)
Basisprincipes
TOF, staande voor het tijdstip van de vlucht, is een methode die wordt gebruikt om afstand te meten door de tijd te berekenen die nodig is voordat het licht een bepaalde afstand in een medium kan reizen. Dit principe wordt voornamelijk toegepast in optische TOF -scenario's en is relatief eenvoudig. Het proces omvat een lichtbron die een lichtstraal uitstraalt, met de tijd van de opgenomen tijdstip. Dit licht reflecteert vervolgens van een doelwit, wordt vastgelegd door een ontvanger en de tijd van ontvangst wordt opgemerkt. Het verschil in deze tijden, aangeduid als t, bepaalt de afstand (d = snelheid van licht (c) x t / 2).
Soorten TOF -sensoren
Er zijn twee primaire soorten TOF -sensoren: optisch en elektromagnetisch. Optische TOF -sensoren, die vaker voorkomen, gebruiken lichtpulsen, meestal in het infraroodbereik, voor afstandsmeting. Deze pulsen worden uit de sensor uitgestoten, reflecteren van een object en keren terug naar de sensor, waar de reistijd wordt gemeten en gebruikt om de afstand te berekenen. Elektromagnetische TOF -sensoren daarentegen gebruiken elektromagnetische golven, zoals radar of lidar, om de afstand te meten. Ze werken volgens een soortgelijk principe, maar gebruiken een ander medium voorAfstandsmeting.
Toepassingen van TOF -sensoren
TOF -sensoren zijn veelzijdig en zijn geïntegreerd in verschillende gebieden:
Robotica:Gebruikt voor obstakeldetectie en navigatie. Robots zoals Roomba en Boston Dynamics 'Atlas gebruiken bijvoorbeeld TOF -dieptecamera's voor het in kaart brengen van hun omgeving en planningsbewegingen.
Beveiligingssystemen:Vaak in bewegingsensoren voor het detecteren van indringers, het activeren van alarmen of het activeren van camerasystemen.
Auto -industrie:Opgenomen in chauffeurssystemen voor adaptieve cruise control en botsingsvermijding, waardoor steeds vaker voorkomen in nieuwe voertuigmodellen.
Medisch veld: Gebruikt in niet-invasieve beeldvorming en diagnostiek, zoals optische coherentietomografie (OCT), die weefselbeelden met hoge resolutie produceren.
Consumentenelektronica: Geïntegreerd in smartphones, tablets en laptops voor functies zoals gezichtsherkenning, biometrische authenticatie en gebaarherkenning.
Drones:Gebruikt voor navigatie, botsingsvermijding en bij het aanpakken van privacy- en luchtvaartproblemen
TOF -systeemarchitectuur
Een typisch TOF -systeem bestaat uit verschillende belangrijke componenten om de afstandsmeting te bereiken zoals beschreven:
· Zender (TX):Dit omvat een laserlichtbron, voornamelijk eenVCSEL, een stuurprogramma -circuit ASIC om de laser aan te sturen, en optische componenten voor bundelregeling, zoals collimerende lenzen of diffractieve optische elementen en filters.
· Ontvanger (RX):Dit bestaat uit lenzen en filters aan de ontvangende kant, sensoren zoals CIS, SPAD of SIPM afhankelijk van het TOF -systeem en een beeldsignaalprocessor (ISP) voor het verwerken van grote hoeveelheden gegevens uit de ontvanger -chip.
·Power Management:Stabiel beherenDe huidige controle voor VCSels en hoge spanning voor spads is cruciaal, waardoor robuust energiebeheer nodig is.
· Softwarelaag:Dit omvat firmware, SDK, OS en applicatielaag.
De architectuur laat zien hoe een laserstraal, afkomstig van de VCSEL en aangepast door optische componenten, door de ruimte reist, een object weerspiegelt en terugkeert naar de ontvanger. De tijdsverloopberekening in dit proces onthult afstand of diepte -informatie. Deze architectuur omvat echter geen geluidspaden, zoals door zonlicht geïnduceerde ruis of multi-path ruis uit reflecties, die later in de serie worden besproken.
Classificatie van TOF -systemen
TOF -systemen worden voornamelijk gecategoriseerd door hun afstandsmetingtechnieken: directe TOF (DTOF) en indirecte TOF (ITOF), elk met verschillende hardware- en algoritmische benaderingen. De serie schetst aanvankelijk hun principes voordat ze zich verdiepen in een vergelijkende analyse van hun voordelen, uitdagingen en systeemparameters.
Ondanks het schijnbaar eenvoudige principe van TOF - het uitzenden van een lichtpuls en het detecteren van de terugkeer om afstand te berekenen - ligt de complexiteit in het onderscheiden van het terugkerende licht van omgevingslicht. Dit wordt aangepakt door voldoende fel licht uit te zenden om een hoge signaal-ruisverhouding te bereiken en geschikte golflengten te selecteren om de interferentie van het omgevingslicht te minimaliseren. Een andere benadering is om het uitgezonden licht te coderen om het bij terugkeer te onderscheiden, vergelijkbaar met SOS -signalen met een zaklamp.
De serie gaat verder met het vergelijken van DTOF en ITOF, bespreekt hun verschillen, voordelen en uitdagingen in detail en categoriseert TOF -systemen verder op basis van de complexiteit van informatie die ze bieden, variërend van 1D TOF tot 3D TOF.
DTOF
Direct TOF meet direct de vliegtijd van het foton. Het belangrijkste component, de single foton lawine diode (SPAD), is gevoelig genoeg om enkele fotonen te detecteren. DTOF gebruikt tijd gecorreleerde enkele fotonentelling (TCSPC) om de tijd van fotonaanvallen te meten, waarbij een histogram wordt gebouwd om de meest waarschijnlijke afstand af te leiden op basis van de hoogste frequentie van een bepaald tijdsverschil.
het hoofd
Indirecte TOF berekent de vliegtijd op basis van het faseverschil tussen uitgestoten en ontvangen golfvormen, meestal met behulp van continue golf- of pulsmodulatiesignalen. Het kan standaard beeldsensor -architecturen gebruiken en de lichtintensiteit in de loop van de tijd meten.
Het wordt verder onderverdeeld in continue golfmodulatie (CW-ITOF) en pulsmodulatie (gepulseerd-ITOF). CW-ITOF meet de faseverschuiving tussen uitgezonden en ontvangen sinusvormige golven, terwijl gepulseerd-ITOF faseverschuiving berekent met behulp van vierkant golfsignalen.
Futher lezen:
- Wikipedia. (nd). Tijd van vlucht. Opgehaald uithttps://en.wikipedia.org/wiki/time_of_flight
- Sony Semiconductor Solutions Group. (nd). TOF (vluchttijd) | Gemeenschappelijke technologie van beeldsensoren. Opgehaald uithttps://www.sony-semicon.com/en/technologies/tof
- Microsoft. (2021, 4 februari). Inleiding tot Microsoft Time of Flight (TOF) - Azure Diepte platform. Opgehaald uithttps://devblogs.microsoft.com/azure-tepth-platform/intro-to-microsoft-time-of-flight-tof
- Escatec. (2023, 2 maart). Tijd van vlucht (TOF) sensoren: een diepgaand overzicht en toepassingen. Opgehaald uithttps://www.escatec.com/news/time-of-flight-tof-sensors-an-in-depth-overview-and-applications
Van de webpaginahttps://faster-than-light.net/tofsystem_c1/
Door de auteur: Chao Guang
Vrijwaring:
We verklaren hierbij dat sommige van de afbeeldingen die op onze website worden weergegeven, worden verzameld van internet en Wikipedia, met als doel het delen van onderwijs en het delen van informatie te bevorderen. We respecteren de intellectuele eigendomsrechten van alle makers. Het gebruik van deze afbeeldingen is niet bedoeld voor commercieel winst.
Als u denkt dat een van de gebruikte inhoud uw auteursrecht in strijd heeft met uw auteursrechten, neem dan contact met ons op. We zijn meer dan bereid om passende maatregelen te nemen, inclusief het verwijderen van afbeeldingen of het verstrekken van een goede toeschrijving, om te zorgen voor naleving van intellectuele wetten en voorschriften. Ons doel is om een platform te onderhouden dat rijk is aan inhoud, eerlijk en de intellectuele eigendomsrechten van anderen respecteert.
Neem contact met ons op via het volgende e -mailadres:sales@lumispot.cn. We verbinden ons om onmiddellijke actie te ondernemen bij het ontvangen van een kennisgeving en garanderen 100% samenwerking bij het oplossen van dergelijke problemen.
Posttijd: december-18-2023