Langgan Media Sosial Kami Untuk Siaran Segera
Siri ini bertujuan untuk menyediakan pembaca dengan pemahaman yang mendalam dan progresif tentang sistem Masa Penerbangan (TOF). Kandungannya merangkumi gambaran keseluruhan sistem TOF, termasuk penjelasan terperinci tentang TOF tidak langsung (iTOF) dan TOF langsung (dTOF). Bahagian ini menyelidiki parameter sistem, kelebihan dan kekurangannya, dan pelbagai algoritma. Artikel ini juga meneroka komponen sistem TOF yang berbeza, seperti Laser Pemancar Permukaan Rongga Menegak (VCSEL), kanta penghantaran dan penerimaan, penderia penerimaan 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 untuk cahaya menempuh jarak tertentu dalam medium. Prinsip ini digunakan terutamanya dalam senario TOF optikal dan agak mudah. Proses ini melibatkan sumber cahaya yang memancarkan pancaran cahaya, dengan masa pancaran direkodkan. Cahaya ini kemudiannya memantulkan sasaran, ditangkap oleh penerima, dan masa penerimaan dicatatkan. Perbezaan dalam masa ini, dilambangkan sebagai t, menentukan jarak (d = kelajuan cahaya (c) × t / 2).
Jenis Penderia ToF
Terdapat dua jenis utama penderia ToF: optik dan elektromagnet. Penderia ToF optik, yang lebih biasa, menggunakan denyutan cahaya, biasanya dalam julat inframerah, untuk pengukuran jarak. Denyutan ini dipancarkan daripada penderia, memantulkan objek, dan kembali ke penderia, di mana masa perjalanan diukur dan digunakan untuk mengira jarak. Sebaliknya, penderia ToF elektromagnet menggunakan gelombang elektromagnet, seperti radar atau lidar, untuk mengukur jarak. Mereka beroperasi pada prinsip yang sama tetapi menggunakan medium yang berbeza untukukuran jarak.
Aplikasi Penderia ToF
Penderia ToF adalah serba boleh dan telah diintegrasikan ke dalam pelbagai bidang:
Robotik:Digunakan untuk pengesanan halangan dan navigasi. Contohnya, robot seperti Roomba dan Atlas Boston Dynamics menggunakan kamera kedalaman ToF untuk memetakan persekitaran mereka dan merancang pergerakan.
Sistem Keselamatan:Penderia gerakan biasa untuk mengesan penceroboh, mencetuskan penggera atau mengaktifkan sistem kamera.
Industri Automotif:Digabungkan dalam sistem bantuan pemandu untuk kawalan pelayaran adaptif dan pengelakan perlanggaran, menjadi semakin berleluasa dalam model kenderaan baharu.
Bidang Perubatan: Digunakan dalam pengimejan dan diagnostik bukan invasif, seperti tomografi koheren optik (OCT), menghasilkan imej tisu resolusi tinggi.
Elektronik Pengguna: Disepadukan ke dalam telefon pintar, tablet dan komputer riba untuk ciri seperti pengecaman muka, pengesahan biometrik dan pengecaman gerak isyarat.
Drone:Digunakan untuk navigasi, mengelakkan perlanggaran, dan dalam menangani kebimbangan privasi dan penerbangan
Seni Bina Sistem TOF
Sistem TOF biasa terdiri daripada beberapa komponen utama untuk mencapai ukuran jarak seperti yang diterangkan:
· Pemancar (Tx):Ini termasuk sumber cahaya laser, terutamanya aVCSEL, litar pemacu ASIC untuk memacu laser, dan komponen optik untuk kawalan rasuk seperti kanta kolimat atau elemen optik difraksi dan penapis.
· Penerima (Rx):Ini terdiri daripada kanta dan penapis di hujung penerima, penderia seperti CIS, SPAD atau SiPM bergantung pada sistem TOF dan Pemproses Isyarat Imej (ISP) untuk memproses sejumlah besar data daripada cip penerima.
·Pengurusan Kuasa:Mengurus stabilkawalan semasa untuk VCSEL dan voltan tinggi untuk SPAD adalah penting, memerlukan pengurusan kuasa yang mantap.
· Lapisan Perisian:Ini termasuk perisian tegar, SDK, OS dan lapisan aplikasi.
Seni bina menunjukkan bagaimana pancaran laser, yang berasal dari VCSEL dan diubah suai oleh komponen optik, bergerak melalui ruang, memantulkan objek, dan kembali ke penerima. Pengiraan selang masa dalam proses ini mendedahkan maklumat jarak atau kedalaman. Walau bagaimanapun, seni bina ini tidak meliputi laluan hingar, seperti hingar yang disebabkan cahaya matahari atau hingar berbilang laluan daripada pantulan, yang dibincangkan kemudian dalam siri ini.
Klasifikasi Sistem TOF
Sistem TOF terutamanya dikategorikan mengikut teknik pengukuran jarak mereka: TOF langsung (dTOF) dan TOF tidak langsung (iTOF), masing-masing dengan pendekatan perkakasan dan algoritma yang berbeza. Siri ini pada mulanya menggariskan prinsip mereka sebelum menyelidiki analisis perbandingan kelebihan, cabaran dan parameter sistem mereka.
Walaupun prinsip TOF yang kelihatan mudah - memancarkan nadi cahaya dan mengesan pengembaliannya untuk mengira jarak - kerumitan 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 untuk mengekodkan cahaya yang dipancarkan untuk menjadikannya boleh dibezakan apabila dikembalikan, serupa dengan isyarat SOS dengan lampu suluh.
Siri ini meneruskan untuk membandingkan dTOF dan iTOF, membincangkan perbezaan, kelebihan dan cabaran mereka secara terperinci, dan seterusnya mengkategorikan sistem TOF berdasarkan kerumitan maklumat yang mereka sediakan, dari TOF 1D hingga TOF 3D.
dTOF
TOF terus mengukur masa penerbangan foton secara langsung. Komponen utamanya, Single Photon Avalanche Diod (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 kekerapan tertinggi bagi perbezaan masa tertentu.
iTOF
TOF tidak langsung mengira masa penerbangan berdasarkan perbezaan fasa antara bentuk gelombang yang dipancarkan dan diterima, biasanya menggunakan gelombang berterusan atau isyarat modulasi nadi. iTOF boleh menggunakan seni bina penderia imej standard, mengukur keamatan cahaya dari semasa ke semasa.
iTOF dibahagikan lagi kepada modulasi gelombang berterusan (CW-iTOF) dan modulasi nadi (Pulsed-iTOF). CW-iTOF mengukur anjakan fasa antara gelombang sinusoidal yang dipancarkan dan diterima, manakala Pulsed-iTOF mengira anjakan fasa menggunakan isyarat gelombang persegi.
Bacaan Selanjutnya:
- Wikipedia. (nd). Masa penerbangan. Diperoleh daripadahttps://en.wikipedia.org/wiki/Time_of_flight
- Kumpulan Penyelesaian Semikonduktor Sony. (nd). ToF (Masa Penerbangan) | Teknologi Biasa Penderia Imej. Diperoleh daripadahttps://www.sony-semicon.com/en/technologies/tof
- Microsoft. (2021, 4 Februari). Pengenalan kepada Microsoft Time Of Flight (ToF) - Platform Kedalaman Azure. Diperoleh daripadahttps://devblogs.microsoft.com/azure-depth-platform/intro-to-microsoft-time-of-flight-tof
- ESCATEC. (2023, 2 Mac). Penderia Masa Penerbangan (TOF): Gambaran Keseluruhan dan Aplikasi 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 pengarang : Chao Guang
Penafian:
Kami dengan ini mengisytiharkan bahawa beberapa 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 lebih bersedia untuk mengambil langkah yang sewajarnya, termasuk mengalih keluar imej atau memberikan atribusi yang betul, untuk memastikan pematuhan kepada 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 e-mel berikut:sales@lumispot.cn. Kami komited untuk mengambil tindakan segera setelah menerima sebarang pemberitahuan dan menjamin kerjasama 100% dalam menyelesaikan sebarang isu tersebut.
Masa siaran: Dis-18-2023