Teken in op ons sosiale media vir vinnige plasing
Hierdie reeks het ten doel om lesers 'n in-diepte en progressiewe begrip van die Tyd van Vlug (TOF)-stelsel te bied. Die inhoud dek 'n omvattende oorsig van TOF-stelsels, insluitend gedetailleerde verduidelikings van beide indirekte TOF (iTOF) en direkte TOF (dTOF). Hierdie afdelings delf in stelselparameters, hul voordele en nadele, en verskeie algoritmes. Die artikel ondersoek ook die verskillende komponente van TOF-stelsels, soos Vertical Cavity Surface Emitting Lasers (VCSELs), transmissie- en ontvangslense, ontvangsensors soos CIS, APD, SPAD, SiPM, en drywerkringe soos ASICs.
Inleiding tot TOF (Vlugtyd)
Basiese Beginsels
TOF, wat staan vir Time of Flight, is 'n metode wat gebruik word om afstand te meet deur die tyd te bereken wat dit neem vir lig om 'n sekere afstand in 'n medium te reis. Hierdie beginsel word hoofsaaklik toegepas in optiese TOF-scenario's en is relatief eenvoudig. Die proses behels 'n ligbron wat 'n ligstraal uitstraal, met die tyd van uitstraling aangeteken. Hierdie lig weerkaats dan van 'n teiken af, word deur 'n ontvanger gevang, en die tyd van ontvangs word aangeteken. Die verskil in hierdie tye, aangedui as t, bepaal die afstand (d = spoed van lig (c) × t / 2).
Tipes ToF-sensors
Daar is twee primêre tipes ToF-sensors: optiese en elektromagnetiese. Optiese ToF-sensors, wat meer algemeen is, gebruik ligpulse, tipies in die infrarooi reeks, vir afstandmeting. Hierdie pulse word deur die sensor uitgestuur, weerkaats van 'n voorwerp af, en keer terug na die sensor, waar die reistyd gemeet en gebruik word om afstand te bereken. In teenstelling hiermee gebruik elektromagnetiese ToF-sensors elektromagnetiese golwe, soos radar of lidar, om afstand te meet. Hulle werk op 'n soortgelyke beginsel, maar gebruik 'n ander medium virafstandmeting.
Toepassings van ToF-sensors
ToF-sensors is veelsydig en is in verskeie velde geïntegreer:
Robotika:Word gebruik vir hindernisopsporing en navigasie. Robotte soos Roomba en Boston Dynamics se Atlas gebruik byvoorbeeld ToF-dieptekameras om hul omgewing te karteer en bewegings te beplan.
Sekuriteitstelsels:Algemeen in bewegingsensors om indringers op te spoor, alarms te aktiveer of kamerastelsels te aktiveer.
Motorbedryf:Geïnkorporeer in bestuurder-bystandstelsels vir aanpasbare spoedbeheer en botsingvermyding, en word toenemend algemeen in nuwe voertuigmodelle.
Mediese veld: Werk in nie-indringende beelding en diagnostiek, soos optiese koherensie tomografie (OKT), wat hoë-resolusie weefselbeelde produseer.
Verbruikerselektronika: Geïntegreer in slimfone, tablette en skootrekenaars vir kenmerke soos gesigsherkenning, biometriese verifikasie en gebareherkenning.
Drones:Word gebruik vir navigasie, vermyding van botsings en om privaatheid en lugvaartkwessies aan te spreek
TOF-stelselargitektuur
'n Tipiese TOF-stelsel bestaan uit verskeie sleutelkomponente om die afstandmeting te bereik soos beskryf:
· Sender (Tx):Dit sluit 'n laserligbron in, hoofsaaklik 'nVCSEL, 'n drywerkring ASIC om die laser aan te dryf, en optiese komponente vir straalbeheer soos kollimerende lense of diffraktiewe optiese elemente, en filters.
· Ontvanger (Rx):Dit bestaan uit lense en filters aan die ontvangkant, sensors soos CIS, SPAD of SiPM, afhangende van die TOF-stelsel, en 'n beeldseinverwerker (ISP) vir die verwerking van groot hoeveelhede data vanaf die ontvangerskyfie.
·Kragbestuur:Bestuur stabielstroombeheer vir VCSEL's en hoë spanning vir SPAD's is van kardinale belang, wat robuuste kragbestuur vereis.
· Sagtewarelaag:Dit sluit fermware, SDK, OS en toepassingslaag in.
Die argitektuur demonstreer hoe 'n laserstraal, afkomstig van die VCSEL en gemodifiseer deur optiese komponente, deur die ruimte beweeg, van 'n voorwerp af reflekteer en na die ontvanger terugkeer. Die tydsverloopberekening in hierdie proses openbaar afstand- of diepte-inligting. Hierdie argitektuur dek egter nie geraaspaaie, soos sonlig-geïnduseerde geraas of multi-pad geraas van refleksies, wat later in die reeks bespreek word nie.
Klassifikasie van TOF-stelsels
TOF-stelsels word hoofsaaklik gekategoriseer volgens hul afstandmetingstegnieke: direkte TOF (dTOF) en indirekte TOF (iTOF), elk met afsonderlike hardeware en algoritmiese benaderings. Die reeks skets aanvanklik hul beginsels voordat daar in 'n vergelykende ontleding van hul voordele, uitdagings en stelselparameters gedelf word.
Ten spyte van die oënskynlik eenvoudige beginsel van TOF – die uitstraal van 'n ligpuls en die opsporing daarvan om afstand te bereken – lê die kompleksiteit daarin om die terugkerende lig van omgewingslig te onderskei. Dit word aangespreek deur voldoende helder lig uit te straal om 'n hoë sein-tot-geraas-verhouding te bereik en gepaste golflengtes te kies om omgewingsliginterferensie te minimaliseer. Nog 'n benadering is om die uitgestraalde lig te enkodeer om dit met terugkeer onderskeibaar te maak, soortgelyk aan SOS-seine met 'n flitslig.
Die reeks gaan voort om dTOF en iTOF te vergelyk, en bespreek hul verskille, voordele en uitdagings in detail, en kategoriseer TOF-stelsels verder op grond van die kompleksiteit van inligting wat hulle verskaf, wat wissel van 1D TOF tot 3D TOF.
dTOF
Direkte TOF meet direk die foton se vlugtyd. Sy sleutelkomponent, die Single Photon Avalanche Diode (SPAD), is sensitief genoeg om enkelfotone op te spoor. dTOF gebruik Time Correlated Single Photon Counting (TCSPC) om die tyd van fotonaankomste te meet, en bou 'n histogram om die mees waarskynlike afstand af te lei gebaseer op die hoogste frekwensie van 'n spesifieke tydsverskil.
iTOF
Indirekte TOF bereken vlugtyd gebaseer op die faseverskil tussen uitgestraalde en ontvangde golfvorms, wat gewoonlik deurlopende golf- of pulsmodulasieseine gebruik. iTOF kan standaard beeldsensor-argitekture gebruik, wat ligintensiteit oor tyd meet.
iTOF word verder onderverdeel in deurlopende golfmodulasie (CW-iTOF) en pulsmodulasie (Pulsed-iTOF). CW-iTOF meet die faseverskuiwing tussen uitgestraalde en ontvangde sinusvormige golwe, terwyl Pulsed-iTOF faseverskuiwing met behulp van vierkantgolfseine bereken.
Verdere leeswerk:
- Wikipedia. (nd). Tyd van vlug. Onttrek vanhttps://en.wikipedia.org/wiki/Time_of_flight
- Sony Semiconductor Solutions Group. (nd). ToF (Vlugtyd) | Algemene tegnologie van beeldsensors. Onttrek vanhttps://www.sony-semicon.com/en/technologies/tof
- Microsoft. (2021, 4 Februarie). Inleiding tot Microsoft Time Of Flight (ToF) - Azure Depth Platform. Onttrek vanhttps://devblogs.microsoft.com/azure-depth-platform/intro-to-microsoft-time-of-flight-tof
- ESCATEC. (2023, 2 Maart). Tyd van vlug (TOF) sensors: 'n In-diepte oorsig en toepassings. Onttrek vanhttps://www.escatec.com/news/time-of-flight-tof-sensors-an-in-depth-overview-and-applications
Van die webbladhttps://faster-than-light.net/TOFSystem_C1/
deur die skrywer: Chao Guang
Vrywaring:
Ons verklaar hiermee dat sommige van die beelde wat op ons webwerf vertoon word vanaf die internet en Wikipedia versamel is, met die doel om opvoeding en die deel van inligting te bevorder. Ons respekteer die intellektuele eiendomsregte van alle skeppers. Die gebruik van hierdie beelde is nie bedoel vir kommersiële gewin nie.
As jy glo dat enige van die inhoud wat gebruik word jou kopiereg skend, kontak ons asseblief. Ons is meer as gewillig om toepaslike maatreëls te tref, insluitend die verwydering van beelde of die verskaffing van behoorlike erkenning, om nakoming van intellektuele eiendomswette en -regulasies te verseker. Ons doel is om 'n platform te handhaaf wat ryk is aan inhoud, regverdig is en die intellektuele eiendomsregte van ander respekteer.
Kontak ons asseblief by die volgende e-posadres:sales@lumispot.cn. Ons verbind ons daartoe om onmiddellik op te tree na ontvangs van enige kennisgewing en waarborg 100% samewerking om enige sulke probleme op te los.
Postyd: 18 Desember 2023