Kiire postituse saamiseks tellige meie sotsiaalmeedia
Selle sarja eesmärk on anda lugejatele põhjalik ja järkjärguline arusaam lennuaja (TOF) süsteemist. Sisu hõlmab põhjalikku ülevaadet TOF-süsteemidest, sealhulgas üksikasjalikke selgitusi nii kaudse TOF-i (iTOF) kui ka otsese TOF-i (dTOF) kohta. Nendes osades käsitletakse süsteemi parameetreid, nende eeliseid ja puudusi ning erinevaid algoritme. Artiklis uuritakse ka TOF-süsteemide erinevaid komponente, nagu vertikaalse õõnsusega pinna kiirgavad laserid (VCSEL), ülekande- ja vastuvõtuläätsed, vastuvõtuandurid (nt CIS, APD, SPAD, SiPM) ja draiveriahelad (nt ASIC-id).
Sissejuhatus TOF-i (lennuaeg)
Põhiprintsiibid
TOF, mis tähendab Lennuaega, on meetod, mida kasutatakse vahemaa mõõtmiseks, arvutades aja, mis kulub valgusel teatud vahemaa läbimiseks keskkonnas. Seda põhimõtet rakendatakse peamiselt optiliste TOF-i stsenaariumide puhul ja see on suhteliselt lihtne. Protsess hõlmab valgusallikat, mis kiirgab valgusvihku, kusjuures kiirguse aeg registreeritakse. Seejärel peegeldub see valgus sihtmärgilt, jäädvustab vastuvõtja ja märgitakse üles vastuvõtuaeg. Nende aegade erinevus, 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 tavalisemad, kasutavad kauguse mõõtmiseks valgusimpulsse, tavaliselt infrapunavahemikus. Need impulsid väljastatakse andurist, peegelduvad objektilt ja naasevad andurisse, kus mõõdetakse reisiaega ja seda kasutatakse vahemaa arvutamiseks. Seevastu elektromagnetilised ToF-andurid kasutavad kauguse mõõtmiseks elektromagnetlaineid, nagu radar või lidar. Need töötavad sarnasel põhimõttel, kuid kasutavad selleks erinevat meediumitkauguse mõõtmine.
ToF-andurite rakendused
ToF-andurid on mitmekülgsed ja integreeritud erinevatesse valdkondadesse:
Robootika:Kasutatakse takistuste tuvastamiseks ja navigeerimiseks. Näiteks kasutavad sellised robotid nagu Roomba ja Boston Dynamicsi Atlas ToF sügavuskaameraid oma ümbruse kaardistamiseks ja liikumiste planeerimiseks.
Turvasüsteemid:Levinud liikumisandurites sissetungijate tuvastamiseks, häirete käivitamiseks või kaamerasüsteemide aktiveerimiseks.
Autotööstus:Sisaldatud juhiabisüsteemidesse adaptiivse püsikiiruse hoidja ja kokkupõrke vältimise jaoks, muutudes uutes sõidukimudelites üha levinumaks.
Meditsiinivaldkond: kasutatakse mitteinvasiivses pildistamises ja diagnostikas, nagu optiline koherentstomograafia (OCT), mis toodab kõrge eraldusvõimega koepilte.
Tarbeelektroonika: integreeritud nutitelefonidesse, tahvelarvutitesse ja sülearvutitesse selliste funktsioonide jaoks nagu näotuvastus, biomeetriline autentimine ja liigutuste tuvastamine.
Droonid:Kasutatakse navigeerimiseks, kokkupõrgete vältimiseks ning privaatsus- ja lennundusprobleemide lahendamiseks
TOF süsteemi arhitektuur
Tüüpiline TOF-süsteem koosneb mitmest põhikomponendist, et saavutada kirjeldatud kauguse mõõtmine:
· Saatja (Tx):See hõlmab laservalgusallikat, peamiselt aVCSEL, draiveri lülitus ASIC laseri juhtimiseks ja optilised komponendid kiire juhtimiseks, nagu kollimeerivad läätsed või difraktsioonilised optilised elemendid ja filtrid.
· Vastuvõtja (Rx):See koosneb läätsedest ja filtritest vastuvõtuotsas, anduritest nagu CIS, SPAD või SiPM, olenevalt TOF-süsteemist, ja pildisignaaliprotsessorist (ISP) vastuvõtja kiibist suurte andmemahtude töötlemiseks.
·Toitehaldus:Juhib talliVCSELide voolu juhtimine ja SPADide kõrgepinge juhtimine on ülioluline, mis nõuab tugevat toitehaldust.
· Tarkvarakiht:See hõlmab püsivara, SDK-d, OS-i ja rakenduskihti.
Arhitektuur demonstreerib, kuidas VCSEL-ist tulenev ja optiliste komponentidega modifitseeritud laserkiir liigub läbi ruumi, peegeldub objektilt ja naaseb vastuvõtjasse. Ajavahe arvutamine selles protsessis näitab vahemaa või sügavuse teavet. Kuid see arhitektuur ei hõlma müraradasid, nagu päikesevalgusest põhjustatud müra või peegelduste mitmesuunaline müra, mida käsitletakse sarjas hiljem.
TOF-süsteemide klassifikatsioon
TOF-süsteemid liigitatakse peamiselt nende kauguse mõõtmise tehnikate järgi: otsene TOF (dTOF) ja kaudne TOF (iTOF), millest igaühel on erinevad riistvara- ja algoritmilised lähenemisviisid. Sarjas kirjeldatakse algselt nende põhimõtteid, enne kui laskutakse nende eeliste, väljakutsete ja süsteemiparameetrite võrdlevasse analüüsi.
Vaatamata näiliselt lihtsale TOF-i põhimõttele – valgusimpulsi kiirgamine ja selle tagasituleku tuvastamine kauguse arvutamiseks – seisneb keerukus selles, et eristada tagasitulevat valgust ümbritsevast valgusest. Selle probleemi lahendamiseks kiirgatakse piisavalt eredat valgust, et saavutada kõrge signaali-müra suhe, ja valitakse sobivad lainepikkused, et minimeerida keskkonnavalguse häireid. Teine lähenemisviis on kodeerida kiiratav valgus, et muuta see tagasipöördumisel eristatavaks, sarnaselt taskulambi SOS-signaalidele.
Seeria jätkab dTOF-i ja iTOF-i võrdlemist, arutades üksikasjalikult nende erinevusi, eeliseid ja väljakutseid ning kategoriseerib TOF-süsteeme nende pakutava teabe keerukuse alusel, alates 1D TOF-ist kuni 3D-TOFi-ni.
dTOF
Otsene TOF mõõdab otseselt footoni lennuaega. Selle põhikomponent, Single Photon Avalanche Diode (SPAD), on üksikute footonite tuvastamiseks piisavalt tundlik. dTOF kasutab footonite saabumise aja mõõtmiseks Time Correlated Single Photon Counting (TCSPC), mis koostab histogrammi, et tuletada kõige tõenäolisem vahemaa konkreetse ajaerinevuse kõrgeima sageduse alusel.
iTOF
Kaudne TOF arvutab lennuaja väljastatud ja vastuvõetud lainekujude faaside erinevuse põhjal, kasutades tavaliselt pidevlaine või impulssmodulatsiooni signaale. iTOF saab kasutada standardseid pildianduri arhitektuure, mõõtes valguse intensiivsust aja jooksul.
iTOF jaguneb veel pidevlaine modulatsiooniks (CW-iTOF) ja impulssmodulatsiooniks (Pulsed-iTOF). CW-iTOF mõõdab faasinihet emiteeritud ja vastuvõetud sinusoidaalsete lainete vahel, samal ajal kui Pulsed-iTOF arvutab faasinihke ruutlaine signaalide abil.
Edasine lugemine:
- Vikipeedia. (nd). Lennuaeg. Välja otsitud aadressilthttps://en.wikipedia.org/wiki/Time_of_flight
- Sony Semiconductor Solutions Group. (nd). ToF (lennuaeg) | Ühine pildiandurite tehnoloogia. Välja otsitud aadressilthttps://www.sony-semicon.com/en/technologies/tof
- Microsoft. (2021, 4. veebruar). Microsofti lennuaja (ToF) tutvustus – Azure'i sügavusplatvorm. Välja otsitud aadressilthttps://devblogs.microsoft.com/azure-depth-platform/intro-to-microsoft-time-of-flight-tof
- ESCATEC. (2023, 2. märts). 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
Vastutusest loobumine:
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 ärilise kasu saamiseks.
Kui arvate, et mis tahes kasutatud sisu rikub teie autoriõigusi, võtke meiega ühendust. Oleme rohkem kui valmis võtma asjakohaseid meetmeid, sealhulgas eemaldama pilte või tagama õigete omistuste olemasolu, et tagada vastavus intellektuaalomandi seadustele ja määrustele. Meie eesmärk on säilitada platvorm, mis on sisult rikkalik, õiglane ja austab teiste intellektuaalomandi õigusi.
Palun võtke meiega ühendust järgmisel e-posti aadressil:sales@lumispot.cn. Kohustume koheselt tegutsema pärast teate saamist ja garanteerime 100% koostöö selliste probleemide lahendamisel.
Postitusaeg: 18. detsember 2023