Новости - Базовый принцип и применение системы TOF (время полета)

Подпишитесь на наши социальные сети для быстрого поста

Эта серия направлена на то, чтобы предоставить читателям глубокое и прогрессивное понимание системы времени полета (TOF). Содержание охватывает комплексный обзор систем TOF, включая подробные объяснения как косвенных TOF (ITOF), так и Direct TOF (DTOF). Эти разделы углубляются в параметры системы, их преимущества и недостатки, а также различные алгоритмы. В статье также рассматриваются различные компоненты систем TOF, такие как лазеры, излучающие вертикальную полость (VCSELS), линзы передачи и прием, такие датчики, как CIS, APD, SPAD, SIPM и драйверные схемы, такие как ASICS.

Введение в TOF (время полета)

Основные принципы

TOF, стоящий за время полета, является методом, используемым для измерения расстояния путем расчета времени, которое необходимо для того, чтобы свет проходил определенное расстояние в среде. This principle is primarily applied in optical TOF scenarios and is relatively straightforward. The process involves a light source emitting a beam of light, with the time of emission recorded. This light then reflects off a target, is captured by a receiver, and the time of reception is noted. The difference in these times, denoted as t, determines the distance (d = speed of light (c) × t / 2).

Типы датчиков TOF

Существует два основных типа датчиков TOF: оптические и электромагнитные. Оптические датчики TOF, которые более распространены, используют легкие импульсы, обычно в инфракрасном диапазоне, для измерения расстояния. Эти импульсы испускаются из датчика, отражают объект и возвращаются к датчику, где время прохождения измеряется и используется для расчета расстояния. Напротив, электромагнитные датчики TOF используют электромагнитные волны, такие как радар или лидар, для измерения расстояния. Они работают по аналогичному принципу, но используют другую среду дляизмерение расстояния.

Применение датчиков TOF

Датчики TOF универсальны и были интегрированы в различные области:

Робототехника:Используется для обнаружения препятствий и навигации. Например, роботы, такие как Roomba и Boston Dynamics 'Atlas, используют камеры глубины TOF для картирования их окружения и движений планирования.

Системы безопасности:Общие датчики движения для обнаружения злоумышленников, запуска тревоги или активации систем камер.

Автомобильная промышленность:Включенный в системы со стороны водителей для адаптивного круиз-контроля и избегания столкновений, становясь все более распространенным в новых моделях транспортных средств.

Медицинская сфера: Используется в неинвазивной визуализации и диагностике, такой как оптическая когерентная томография (ОКТ), создавая изображения тканей с высоким разрешением.

Потребительская электроника: Интегрируется в смартфоны, планшеты и ноутбуки для таких функций, как распознавание лиц, биометрическая аутентификация и распознавание жестов.

Дроны:Используется для навигации, предотвращения столкновений и решения проблем конфиденциальности и авиации

Архитектура системы TOF

Типичная система TOF состоит из нескольких ключевых компонентов для достижения измерения расстояния, как описано:

· Передатчик (TX):Это включает в себя лазерный источник света, в основномVcselASIC схема драйвера для управления лазером, и оптические компоненты для управления пучком, такие как коллимирующие линзы или дифракционные оптические элементы, и фильтры.
· Приемник (RX):Это состоит из линз и фильтров на приемном конце, датчиков, таких как CIS, SPAD или SIPM в зависимости от системы TOF, и процессор сигнала изображения (ISP) для обработки больших объемов данных из чипа приемника.
·Управление энергетикой:Управление стабильнойКонтроль тока для VCSEL и высокое напряжение для SPAD имеет решающее значение, что требует надежного управления питанием.
· Программный слой:Это включает в себя прошивку, SDK, ОС и уровень приложений.

Архитектура демонстрирует, как лазерный луч, происходящий из VCSEL и модифицированный оптическими компонентами, проходит через пространство, отражает объект и возвращается к приемнику. The time lapse calculation in this process reveals distance or depth information. Тем не менее, эта архитектура не охватывает шум шума, такие как звук, вызванный солнечным светом, или многоцепочечный шум от отражений, которые обсуждаются позже в серии.

Классификация систем TOF

Системы TOF в основном классифицируются по методам измерения расстояния: прямой TOF (DTOF) и косвенным TOF (ITOF), каждый с различными аппаратными и алгоритмическими подходами. Первоначально в серии изложены свои принципы, прежде чем углубляться в сравнительный анализ их преимуществ, проблем и системных параметров.

Несмотря на, казалось бы, простой принцип TOF - излучение светового импульса и обнаружение его возврата для расчета расстояния - сложность заключается в дифференциации возвращающегося света от окружающего света. Это учитывается путем излучения достаточно яркого света для достижения высокого соотношения сигнал / шум и выбора соответствующих длин волн для минимизации помех света окружающей среды. Another approach is to encode the emitted light to make it distinguishable upon return, similar to SOS signals with a flashlight.

Серия продолжает сравнивать DTOF и ITOF, обсуждая их различия, преимущества и проблемы подробно, а также классифицируют системы TOF на основе сложности информации, которую они предоставляют, от 1D TOF до 3D TOF.

DTOF

Direct TOF напрямую измеряет время полета фотона. Его ключевой компонент, единственный фотонный диод лавины (SPAD), достаточно чувствителен для обнаружения отдельных фотонов. DTOF использует временное коррелирование единого подсчета фотонов (TCSPC) для измерения времени прибытия фотонов, построив гистограмму для вывода наиболее вероятного расстояния на основе самой высокой частоты определенной разницы во времени.

итоф

Косвенное TOF вычисляет время полета на основе разности фаз между испускаемыми и полученными сигналами, обычно с использованием сигналов непрерывной волны или модуляции импульсов. ITOF может использовать стандартные архитектуры датчика изображения, измеряя интенсивность света с течением времени.

ITOF дополнительно подразделяется на непрерывную волновую модуляцию (CW-ITOF) и импульсную модуляцию (импульсные). CW-ITOF измеряет фазовый сдвиг между испускаемыми и полученными синусоидальными волнами, в то время как импульсный ITOF вычисляет фазовый сдвиг с использованием квадратных волновых сигналов.

Без, чтение:

https://en.wikipedia.org/wiki/time_of_flight
Sony Semiconductor Solutions Group. (ND). ToF (Time of Flight) | Common Technology of Image Sensors. Retrieved from
Microsoft. (2021, 4 февраля). Intro to Microsoft Time Of Flight (ToF) - Azure Depth Platform. Retrieved fromhttps://devblogs.microsoft.com/azure-depth-platform/intro-to-microsoft-ime-flight-tof
Escatec. (2023, 2 марта). Time of Flight (TOF) Sensors: An In-Depth Overview and Applications. Retrieved from

https://faster-tan-light.net/tofsystem_c1/

Автор: Чао Гуанг

Настоящим мы заявляем, что некоторые изображения, отображаемые на нашем веб -сайте, собираются из Интернета и Википедии, с целью содействия образованию и обмену информацией. We respect the intellectual property rights of all creators. The use of these images is not intended for commercial gain.

If you believe that any of the content used violates your copyright, please contact us. Мы более чем готовы принять соответствующие меры, включая удаление изображений или обеспечение надлежащей атрибуции, для обеспечения соответствия законам и правилам интеллектуальной собственности. Our goal is to maintain a platform that is rich in content, fair, and respects the intellectual property rights of others.

sales@lumispot.cnПолем Мы стремимся принять немедленные меры после получения какого -либо уведомления и гарантируем 100% сотрудничество в решении любых таких вопросов.