Liitu meie sotsiaalmeediaga, et saada kiireid postitusi
Selle sarja eesmärk on pakkuda lugejatele põhjalikku ja järkjärgulist arusaama lennuaja (TOF) süsteemist. Sisu hõlmab TOF-süsteemide põhjalikku ülevaadet, sealhulgas nii kaudse TOF-i (iTOF) kui ka otsese TOF-i (dTOF) üksikasjalikke selgitusi. Need osad süvenevad süsteemi parameetritesse, nende eelistesse ja puudustesse ning erinevatesse algoritmidesse. Artiklis uuritakse ka TOF-süsteemide erinevaid komponente, nagu vertikaalsed õõnsusega pinnale kiirgavad laserid (VCSEL), edastus- ja vastuvõtuläätsed, vastuvõtuandurid nagu CIS, APD, SPAD, SiPM ja juhtahelad nagu ASIC-id.
Sissejuhatus lennuaega (TOF)
Põhiprintsiibid
TOF (inglise keeles Time of Flight) on meetod kauguse mõõtmiseks, mille käigus arvutatakse aeg, mis kulub valgusel teatud vahemaa läbimiseks keskkonnas. Seda põhimõtet rakendatakse peamiselt optilistes TOF-stsenaariumides ja see on suhteliselt lihtne. Protsess hõlmab valgusallika kiirgavat valgusvihku, mille kiirgusaeg registreeritakse. Seejärel peegeldub valgus sihtmärgilt, vastuvõtja püüab selle kinni ja registreerib vastuvõtuaja. Nende aegade vahe, mida tähistatakse kui t, määrab kauguse (d = valguse kiirus (c) × t / 2).
ToF-andurite tüübid
ToF-andureid on kahte peamist tüüpi: optilised ja elektromagnetilised. Optilised ToF-andurid, mis on levinumad, kasutavad kauguse mõõtmiseks valgusimpulsse, tavaliselt infrapunakiirguse vahemikus. Need impulsid kiirguvad andurist, peegelduvad objektilt ja naasevad andurisse, kus mõõdetakse liikumisaega ja kasutatakse kauguse arvutamiseks. Seevastu elektromagnetilised ToF-andurid kasutavad kauguse mõõtmiseks elektromagnetlaineid, nagu radar või lidar. Need töötavad sarnasel põhimõttel, kuid kasutavad erinevat keskkonda.kauguse mõõtmine.
ToF-andurite rakendused
ToF-andurid on mitmekülgsed ja neid on integreeritud erinevatesse valdkondadesse:
Robootika:Kasutatakse takistuste tuvastamiseks ja navigeerimiseks. Näiteks robotid nagu Roomba ja Boston Dynamicsi Atlas kasutavad ToF-sügavuskaameraid oma ümbruse kaardistamiseks ja liikumise planeerimiseks.
Turvasüsteemid:Levinud liikumisandurites sissetungijate tuvastamiseks, häirete käivitamiseks või kaamerasüsteemide aktiveerimiseks.
Autotööstus:See on integreeritud adaptiivse püsikiiruse hoidja ja kokkupõrke vältimise juhiabisüsteemidesse ning muutub uutes sõidukimudelites üha levinumaks.
MeditsiinivaldkondKasutatakse mitteinvasiivses pildistamises ja diagnostikas, näiteks optilise koherentstomograafia (OCT) puhul, et luua kõrglahutusega koepilte.
TarbeelektroonikaIntegreeritud nutitelefonidesse, tahvelarvutitesse ja sülearvutitesse selliste funktsioonide jaoks nagu näotuvastus, biomeetriline autentimine ja žestide tuvastamine.
Droonid:Kasutatakse navigeerimiseks, kokkupõrke vältimiseks ning privaatsuse ja lennundusega seotud probleemide lahendamiseks
TOF-süsteemi arhitektuur
Tüüpiline TOF-süsteem koosneb mitmest põhikomponendist, et saavutada kirjeldatud kauguse mõõtmine:
· Saatja (Tx):See hõlmab laservalgusallikat, peamiseltVCSEL, laserit juhtiv ASIC-ahel ja kiire juhtimiseks mõeldud optilised komponendid, näiteks kollimeerivad läätsed või difraktsioonioptilised elemendid ja filtrid.
· Vastuvõtja (Rx):See koosneb vastuvõtvas otsas asuvatest läätsedest ja filtritest, anduritest nagu CIS, SPAD või SiPM, olenevalt TOF-süsteemist, ja pildisignaaliprotsessorist (ISP), mis töötleb vastuvõtvast kiibist suuri andmemahte.
·Toitehaldus:Stabiilne juhtimineVCSEL-ide voolutugevuse ja SPAD-ide kõrgepinge juhtimine on ülioluline, mis nõuab tugevat energiatarbe haldamist.
· Tarkvarakiht:See hõlmab püsivara, SDK-d, operatsioonisüsteemi ja rakenduskihti.
See arhitektuur demonstreerib, kuidas VCSEL-ist lähtuv ja optiliste komponentide poolt modifitseeritud laserkiir liigub läbi ruumi, peegeldub objektilt ja naaseb vastuvõtjasse. Selle protsessi ajal toimuv ajaintervalli arvutus näitab kauguse või sügavuse teavet. See arhitektuur ei hõlma aga mürateid, näiteks päikesevalguse tekitatud müra või peegeldustest tulenevat mitmeteelist müra, mida käsitletakse sarja hilisemas osas.
TOF-süsteemide klassifikatsioon
TOF-süsteeme liigitatakse peamiselt nende kauguse mõõtmise tehnikate järgi: otsene TOF (dTOF) ja kaudne TOF (iTOF), millel mõlemal on erinev riist- ja algoritmiline lähenemine. Sari annab esmalt ülevaate nende põhimõtetest, enne kui süveneb nende eeliste, väljakutsete ja süsteemiparameetrite võrdlevasse analüüsi.
Vaatamata TOF-i pealtnäha lihtsale põhimõttele – valgusimpulsi kiiramine ja selle tagasituleku tuvastamine kauguse arvutamiseks – seisneb keerukus tagasituleva valguse eristamises ümbritsevast valgusest. Selle probleemi lahendamiseks kiiratakse piisavalt eredat valgust, et saavutada kõrge signaali-müra suhe, ning valitakse sobivad lainepikkused, et minimeerida keskkonnavalguse interferentsi. Teine lähenemisviis on kiiratava valguse kodeerimine nii, et see oleks tagasitulekul eristatav, sarnaselt taskulambiga SOS-signaalidele.
Sari võrdleb edasi dTOF-i ja iTOF-i, arutades üksikasjalikult nende erinevusi, eeliseid ja väljakutseid ning kategoriseerides TOF-süsteeme edasi vastavalt nende pakutava teabe keerukusele, ulatudes 1D TOF-ist kuni 3D TOF-ini.
dTOF
Otsene TOF mõõdab otse footoni lennuaega. Selle põhikomponent, üksikfootonite laviinidiood (SPAD), on piisavalt tundlik üksikute footonite tuvastamiseks. dTOF kasutab footonite saabumisaja mõõtmiseks ajaliselt korreleeritud üksikfootonite loendamist (TCSPC), koostades histogrammi, et tuletada kõige tõenäolisem kaugus konkreetse ajavahe kõrgeima sageduse põhjal.
iTOF
Kaudne TOF arvutab lennuaega väljastatud ja vastuvõetud lainekujude faaside erinevuse põhjal, kasutades tavaliselt pideva laine või impulssmodulatsiooni signaale. iTOF saab kasutada standardseid pildisensorite arhitektuure, mõõtes valguse intensiivsust aja jooksul.
iTOF jaguneb omakorda pidevlaine modulatsiooniks (CW-iTOF) ja impulssmodulatsiooniks (impulss-iTOF). CW-iTOF mõõdab kiiratud ja vastuvõetud sinusoidaalsete lainete vahelist faasinihet, samas kui impulss-iTOF arvutab faasinihet ruudukujuliste lainesignaalide abil.
Lisalugemist:
- Vikipeedia. (nd). Lennuaeg. Välja otsitud aadressilthttps://et.wikipedia.org/wiki/Lennuaeg
- Sony Semiconductor Solutions Group. (nd). ToF (lennuaeg) | Kujutisesensorite ühine tehnoloogia. Välja otsitud aadressilthttps://www.sony-semicon.com/en/technologies/tof
- Microsoft. (4. veebruar 2021). Sissejuhatus Microsofti lennuaega (ToF) - Azure Depth Platform. Välja otsitud aadressilthttps://devblogs.microsoft.com/azure-depth-platform/intro-to-microsoft-time-of-flight-tof
- ESCATEC. (2. märts 2023). Lennuaja (TOF) andurid: põhjalik ülevaade ja rakendused. Välja otsitud aadressilthttps://www.escatec.com/news/time-of-flight-tof-sensors-an-in-depth-overview-and-applications
Veebilehelthttps://faster-than-light.net/TOFSystem_C1/
Autor: Chao Guang
Lahtiütlus:
Käesolevaga kinnitame, et osa meie veebisaidil kuvatavatest piltidest on kogutud internetist ja Vikipeediast eesmärgiga edendada haridust ja teabe jagamist. Austame kõigi loojate intellektuaalomandi õigusi. Nende piltide kasutamine ei ole mõeldud äriliseks kasuks.
Kui usute, et mõni kasutatud sisu rikub teie autoriõigusi, võtke meiega ühendust. Oleme valmis võtma asjakohaseid meetmeid, sealhulgas eemaldama pilte või esitama õige viite autorile, et tagada intellektuaalomandi seaduste ja määruste järgimine. Meie eesmärk on säilitada platvormi, mis on sisukas, õiglane ja austab teiste intellektuaalomandi õigusi.
Palun võtke meiega ühendust järgmisel e-posti aadressil:sales@lumispot.cnKohustume tegutsema viivitamatult mis tahes teate saamisel ja garanteerime 100% koostöö selliste probleemide lahendamisel.
Postituse aeg: 18. detsember 2023