Nyheder - Grundlæggende princip og anvendelse af TOF (Time of Flight) -system

Abonner på vores sociale medier til hurtig post

Denne serie sigter mod at give læserne en dybdegående og progressiv forståelse af tidspunktet for flyvning (TOF) -system. Indholdet dækker et omfattende overblik over TOF -systemer, herunder detaljerede forklaringer af både indirekte TOF (ITOF) og direkte TOF (DTOF). Disse sektioner dykker ned i systemparametre, deres fordele og ulemper og forskellige algoritmer. Artiklen udforsker også de forskellige komponenter i TOF -systemer, såsom lodrette hulrumsoverflademitterende lasere (VCSEL'er), transmission og modtagelseslinser, modtagelse af sensorer som CIS, APD, SPAD, SIPM og driverkredsløb som ASICS.

Introduktion til TOF (tidsflyvning)

Grundlæggende principper

TOF, der står for flyvetid, er en metode, der bruges til at måle afstand ved at beregne den tid, det tager for lys at rejse en bestemt afstand i et medium. Dette princip anvendes primært i optiske TOF -scenarier og er relativt ligetil. Processen involverer en lyskilde, der udsender en lysstråle, med emissionstidspunktet. Dette lys reflekterer derefter et mål, fanges af en modtager, og modtagelsestidspunktet bemærkes. Forskellen i disse tider, betegnet som t, bestemmer afstanden (d = lyshastighed (c) × t / 2).

Typer af TOF -sensorer

Der er to primære typer TOF -sensorer: optisk og elektromagnetisk. Optiske TOF -sensorer, der er mere almindelige, bruger lette impulser, typisk i det infrarøde område, til afstandsmåling. Disse pulser udsendes fra sensoren, afspejler et objekt og vender tilbage til sensoren, hvor rejsetiden måles og bruges til at beregne afstand. I modsætning hertil bruger elektromagnetiske TOF -sensorer elektromagnetiske bølger, som radar eller lidar, til at måle afstand. De fungerer efter et lignende princip, men bruger et andet medium tilAfstandsmåling.

Anvendelser af TOF -sensorer

TOF -sensorer er alsidige og er blevet integreret i forskellige felter:

Robotik:Bruges til forhindringsdetektion og navigation. For eksempel anvender robotter som Roomba og Boston Dynamics 'Atlas TOF -dybdekameraer til kortlægning af deres omgivelser og planlægningsbevægelser.

Sikkerhedssystemer:Almindelige i bevægelsessensorer til at detektere indtrængende, udløse alarmer eller aktivere kamerasystemer.

Bilindustri:Inkorporeret i førerassistentsystemer til adaptiv cruise control og kollisionsundgåelse og bliver stadig mere udbredt i nye køretøjsmodeller.

Medicinsk felt: Anvendt i ikke-invasiv billeddannelse og diagnostik, såsom optisk sammenhængstomografi (OCT), der producerer vævsbilleder i høj opløsning.

Forbrugerelektronik: Integreret i smartphones, tablets og bærbare computere til funktioner som ansigtsgenkendelse, biometrisk godkendelse og gestusgenkendelse.

Droner:Anvendt til navigation, undgåelse af kollision og til at tackle bekymringer om privatlivets fred og luftfart

TOF -systemarkitektur

Et typisk TOF -system består af flere nøglekomponenter for at opnå afstandsmåling som beskrevet:

· Sender (TX):Dette inkluderer en laserlyskilde, hovedsageligt enVcsel, et driverkredsløb ASIC til at køre laseren og optiske komponenter til strålekontrol, såsom at kollimere linser eller diffraktive optiske elementer og filtre.
· Modtager (RX):Dette består af linser og filtre i den modtagende ende, sensorer som CIS, SPAD eller SIPM afhængigt af TOF -systemet, og en billedsignalprocessor (ISP) til behandling af store mængder data fra modtagerchippen.
·Power Management:Håndtering af stabilNuværende kontrol for VCSEL'er og højspænding for SPAD'er er afgørende, hvilket kræver robust strømstyring.
· Softwarelag:Dette inkluderer firmware, SDK, OS og applikationslag.

Arkitekturen demonstrerer, hvordan en laserstråle, der stammer fra VCSEL og ændres af optiske komponenter, rejser gennem rummet, reflekterer et objekt og vender tilbage til modtageren. Tidsforløbsberegningen i denne proces afslører afstand eller dybdeinformation. Imidlertid dækker denne arkitektur ikke støjstier, såsom sollysinduceret støj eller multi-path-støj fra refleksioner, som diskuteres senere i serien.

Klassificering af TOF -systemer

TOF -systemer er primært kategoriseret efter deres afstandsmålingsteknikker: Direkte TOF (DTOF) og indirekte TOF (ITOF), hver med forskellige hardware- og algoritmiske tilgange. Serien skitserer oprindeligt deres principper, før de dykker ned i en sammenlignende analyse af deres fordele, udfordringer og systemparametre.

På trods af det tilsyneladende enkle princip om TOF - at udsende en lys puls og detektere dens tilbagevenden for at beregne afstand - ligger kompleksiteten i at differentiere det tilbagevendende lys fra omgivende lys. Dette behandles ved at udsende tilstrækkeligt skarpt lys til at opnå et højt signal-til-støj-forhold og vælge passende bølgelængder til at minimere miljømæssig lysinterferens. En anden tilgang er at kode det udsendte lys for at gøre det skelnen ved tilbagevenden, svarende til SOS -signaler med en lommelygte.

Serien fortsætter med at sammenligne DTOF og ITOF, diskutere deres forskelle, fordele og udfordringer i detaljer og kategoriserer yderligere TOF -systemer baseret på kompleksiteten af information, de giver, lige fra 1D TOF til 3D TOF.

DTOF

Direkte TOF måler direkte fotos flyvetid. Dens nøglekomponent, den enkelte foton -lavine -diode (SPAD), er følsom nok til at detektere enkeltfotoner. DTOF anvender tid korreleret enkelt fotonoptælling (TCSPC) for at måle tidspunktet for fotonankomster og konstruere et histogram til at udlede den mest sandsynlige afstand baseret på den højeste frekvens af en bestemt tidsforskel.

itof

Indirekte TOF beregner flyvetid baseret på faseforskellen mellem udsendte og modtagne bølgeformer, ofte ved hjælp af kontinuerlig bølge- eller pulsmoduleringssignaler. ITOF kan bruge standardbilledfølerarkitekturer, måle lysintensitet over tid.

ITOF er yderligere opdelt i kontinuerlig bølgemodulation (CW-ITOF) og pulsmodulering (pulseret-ITOF). CW-ITOF måler faseskiftet mellem udsendt og modtog sinusformede bølger, mens pulseret-ITOF beregner faseskift ved hjælp af firkantede bølgesignaler.

Futher Reading:

Wikipedia. (ND). Tid for flyvning. Hentet frahttps://en.wikipedia.org/wiki/time_of_flight
Sony Semiconductor Solutions Group. (ND). TOF (tid til flyvning) | Almindelig teknologi til billedsensorer. Hentet frahttps://www.sony-semicon.com/en/technologies/tof
Microsoft. (2021, 4. februar). Introduktion til Microsoft Time of Flight (TOF) - Azure Dybde Platform. Hentet frahttps://devblogs.microsoft.com/azure-depth-platform/intro-to-microsoft-time-flight-tof
Escatec. (2023, 2. marts). Tid for flyvning (TOF) sensorer: En dybdegående oversigt og applikationer. Hentet frahttps://www.escatec.com/news/time-of-flight-tof-sensors-an-in-deph-overview-and-applications

Fra websidenhttps://faster-than-lighter.net/tofsystem_c1/

Af forfatteren: Chao Guang

Ansvarsfraskrivelse:

Vi erklærer hermed, at nogle af de billeder, der vises på vores websted, indsamles fra Internettet og Wikipedia med det formål at fremme uddannelses- og informationsdeling. Vi respekterer alle skabers intellektuelle ejendomsret. Brugen af disse billeder er ikke beregnet til kommerciel gevinst.

Hvis du mener, at noget af det anvendte indhold krænker din ophavsret, bedes du kontakte os. Vi er mere end villige til at træffe passende foranstaltninger, herunder fjerne billeder eller give korrekt attribution, for at sikre overholdelse af lovgivningen og reglerne for intellektuel ejendom. Vores mål er at opretholde en platform, der er rig på indhold, fair og respekterer andres intellektuelle ejendomsrettigheder.

Kontakt os på følgende e -mail -adresse:sales@lumispot.cn. Vi forpligter os til at tage øjeblikkelig handling efter at have modtaget enhver anmeldelse og garanterer 100% samarbejde om at løse sådanne problemer.