Berita - Prinsip Asas dan aplikasi Sistem TOF (Masa Penerbangan)

Langgan Media Sosial Kami Untuk Siaran Segera

Siri ini bertujuan untuk menyediakan pembaca dengan pemahaman yang mendalam dan progresif tentang sistem Masa Penerbangan (TOF). Kandungan ini merangkumi gambaran keseluruhan sistem TOF, termasuk penjelasan terperinci tentang TOF tidak langsung (iTOF) dan TOF langsung (dTOF). Bahagian ini mengkaji parameter sistem, kelebihan dan kekurangannya, dan pelbagai algoritma. Artikel ini juga meneroka pelbagai komponen sistem TOF, seperti Laser Pemancar Permukaan Rongga Menegak (VCSEL), kanta penghantaran dan penerimaan, sensor penerima seperti CIS, APD, SPAD, SiPM dan litar pemacu seperti ASIC.

Pengenalan kepada TOF (Masa Penerbangan)

Prinsip Asas

TOF, singkatan untuk Time of Flight, ialah kaedah yang digunakan untuk mengukur jarak dengan mengira masa yang diperlukan oleh cahaya untuk bergerak pada jarak tertentu dalam medium. Prinsip ini terutamanya digunakan dalam senario TOF optik dan agak mudah. Proses ini melibatkan sumber cahaya yang memancarkan pancaran cahaya, dengan masa pancaran direkodkan. Cahaya ini kemudiannya dipantulkan dari sasaran, ditangkap oleh penerima, dan masa penerimaan dicatatkan. Perbezaan dalam masa ini, yang dilambangkan sebagai t, menentukan jarak (d = kelajuan cahaya (c) × t / 2).

Jenis-jenis Sensor ToF

Terdapat dua jenis utama sensor ToF: optik dan elektromagnet. Sensor ToF optik, yang lebih biasa, menggunakan denyutan cahaya, biasanya dalam julat inframerah, untuk pengukuran jarak. Denyutan ini dipancarkan dari sensor, dipantulkan dari objek, dan kembali ke sensor, di mana masa perjalanan diukur dan digunakan untuk mengira jarak. Sebaliknya, sensor ToF elektromagnet menggunakan gelombang elektromagnet, seperti radar atau lidar, untuk mengukur jarak. Ia beroperasi pada prinsip yang serupa tetapi menggunakan medium yang berbeza untukpengukuran jarak.

Aplikasi Sensor ToF

Sensor ToF adalah serba boleh dan telah disepadukan ke dalam pelbagai bidang:

Robotik:Digunakan untuk pengesanan dan navigasi halangan. Contohnya, robot seperti Roomba dan Atlas Boston Dynamics menggunakan kamera kedalaman ToF untuk memetakan persekitaran mereka dan merancang pergerakan.

Sistem Keselamatan:Biasa digunakan dalam sensor gerakan untuk mengesan penceroboh, mencetuskan penggera atau mengaktifkan sistem kamera.

Industri Automotif:Digabungkan dalam sistem bantuan pemandu untuk kawalan pelayaran adaptif dan mengelakkan perlanggaran, menjadi semakin berleluasa dalam model kenderaan baharu.

Bidang PerubatanDigunakan dalam pengimejan dan diagnostik bukan invasif, seperti tomografi koheren optik (OCT), menghasilkan imej tisu resolusi tinggi.

Elektronik PenggunaDisepadukan ke dalam telefon pintar, tablet dan komputer riba untuk ciri-ciri seperti pengecaman wajah, pengesahan biometrik dan pengecaman gerak isyarat.

Dron:Digunakan untuk navigasi, mengelakkan perlanggaran dan dalam menangani kebimbangan privasi dan penerbangan

Senibina Sistem TOF

Sistem TOF biasa terdiri daripada beberapa komponen utama untuk mencapai pengukuran jarak seperti yang diterangkan:

· Pemancar (Tx):Ini termasuk sumber cahaya laser, terutamanyaVCSEL, litar pemacu ASIC untuk memacu laser dan komponen optik untuk kawalan pancaran seperti kanta kolimat atau elemen optik difraktif dan penapis.
· Penerima (Rx):Ini terdiri daripada kanta dan penapis di hujung penerima, sensor seperti CIS, SPAD atau SiPM bergantung pada sistem TOF dan Pemproses Isyarat Imej (ISP) untuk memproses sejumlah besar data daripada cip penerima.
·Pengurusan Kuasa:Menguruskan stabilKawalan arus untuk VCSEL dan voltan tinggi untuk SPAD adalah penting, yang memerlukan pengurusan kuasa yang mantap.
· Lapisan Perisian:Ini termasuk firmware, SDK, OS dan lapisan aplikasi.

Seni bina ini menunjukkan bagaimana pancaran laser, yang berasal dari VCSEL dan diubah suai oleh komponen optik, bergerak melalui ruang angkasa, memantulkan objek, dan kembali ke penerima. Pengiraan selang masa dalam proses ini mendedahkan maklumat jarak atau kedalaman. Walau bagaimanapun, seni bina ini tidak merangkumi laluan hingar, seperti hingar yang disebabkan oleh cahaya matahari atau hingar berbilang laluan daripada pantulan, yang akan dibincangkan kemudian dalam siri ini.

Pengelasan Sistem TOF

Sistem TOF dikategorikan terutamanya mengikut teknik pengukuran jaraknya: TOF langsung (dTOF) dan TOF tidak langsung (iTOF), setiap satu dengan pendekatan perkakasan dan algoritma yang berbeza. Siri ini pada mulanya menggariskan prinsipnya sebelum mendalami analisis perbandingan kelebihan, cabaran dan parameter sistemnya.

Walaupun prinsip TOF yang kelihatan mudah – memancarkan denyutan cahaya dan mengesan pulangannya untuk mengira jarak – kerumitannya terletak pada membezakan cahaya yang kembali daripada cahaya ambien. Ini ditangani dengan memancarkan cahaya yang cukup terang untuk mencapai nisbah isyarat-ke-bunyi yang tinggi dan memilih panjang gelombang yang sesuai untuk meminimumkan gangguan cahaya persekitaran. Pendekatan lain adalah dengan mengekod cahaya yang dipancarkan untuk menjadikannya boleh dibezakan apabila kembali, sama seperti isyarat SOS dengan lampu suluh.

Siri ini meneruskan perbandingan dTOF dan iTOF, membincangkan perbezaan, kelebihan dan cabarannya secara terperinci, dan seterusnya mengkategorikan sistem TOF berdasarkan kerumitan maklumat yang disediakannya, daripada TOF 1D hingga TOF 3D.

dTOF

TOF langsung mengukur secara langsung masa penerbangan foton. Komponen utamanya, Diod Avalanche Foton Tunggal (SPAD), cukup sensitif untuk mengesan foton tunggal. dTOF menggunakan Pengiraan Foton Tunggal Berkorelasi Masa (TCSPC) untuk mengukur masa ketibaan foton, membina histogram untuk menyimpulkan jarak yang paling mungkin berdasarkan frekuensi tertinggi perbezaan masa tertentu.

iTOF

TOF tidak langsung mengira masa penerbangan berdasarkan perbezaan fasa antara bentuk gelombang yang dipancarkan dan diterima, biasanya menggunakan isyarat modulasi gelombang berterusan atau denyut. iTOF boleh menggunakan seni bina sensor imej standard, mengukur keamatan cahaya dari semasa ke semasa.

iTOF dibahagikan lagi kepada modulasi gelombang berterusan (CW-iTOF) dan modulasi denyut (Pulsed-iTOF). CW-iTOF mengukur anjakan fasa antara gelombang sinusoidal yang dipancarkan dan diterima, manakala Pulsed-iTOF mengira anjakan fasa menggunakan isyarat gelombang segi empat sama.

Bacaan Lanjut:

Wikipedia. (nd). Masa penerbangan. Diperoleh daripadahttps://ms.wikipedia.org/wiki/Masa_Penerbangan
Kumpulan Penyelesaian Semikonduktor Sony. (nd). ToF (Masa Penerbangan) | Teknologi Umum Sensor Imej. Diperoleh daripadahttps://www.sony-semicon.com/en/technologies/tof
Microsoft. (4 Februari 2021). Pengenalan kepada Microsoft Time Of Flight (ToF) - Platform Azure Depth. Diperoleh daripadahttps://devblogs.microsoft.com/azure-depth-platform/intro-to-microsoft-time-of-flight-tof
ESCATEC. (2 Mac 2023). Sensor Masa Penerbangan (TOF): Gambaran Keseluruhan dan Aplikasi yang Mendalam. Diperoleh daripadahttps://www.escatec.com/news/time-of-flight-tof-sensors-an-in-depth-overview-and-applications

Dari laman webhttps://faster-than-light.net/TOFSystem_C1/

oleh penulis: Chao Guang

Penafian:

Dengan ini kami mengisytiharkan bahawa sebahagian daripada imej yang dipaparkan di laman web kami dikumpulkan daripada Internet dan Wikipedia, dengan tujuan untuk mempromosikan pendidikan dan perkongsian maklumat. Kami menghormati hak harta intelek semua pencipta. Penggunaan imej ini tidak bertujuan untuk keuntungan komersial.

Jika anda percaya bahawa mana-mana kandungan yang digunakan melanggar hak cipta anda, sila hubungi kami. Kami bersedia untuk mengambil langkah yang sewajarnya, termasuk membuang imej atau memberikan atribusi yang betul, bagi memastikan pematuhan dengan undang-undang dan peraturan harta intelek. Matlamat kami adalah untuk mengekalkan platform yang kaya dengan kandungan, adil dan menghormati hak harta intelek orang lain.

Sila hubungi kami di alamat emel berikut:sales@lumispot.cnKami komited untuk mengambil tindakan segera sebaik sahaja menerima sebarang pemberitahuan dan menjamin kerjasama 100% dalam menyelesaikan sebarang isu tersebut.