Новини - Основен принцип и прилагане на системата TOF (Time of Flight)

Абонирайте се за нашите социални медии за бърза публикация

Тази серия има за цел да предостави на читателите задълбочено и прогресивно разбиране на системата „Време на полета“ (TOF). Съдържанието обхваща изчерпателен преглед на TOF системите, включително подробни обяснения както на косвения TOF (ITOF), така и на директния TOF (DTOF). Тези раздели се задълбочават в системните параметри, техните предимства и недостатъци и различни алгоритми. Статията също така изследва различните компоненти на TOF системи, като вертикална повърхност на кухината, излъчващи лазери (VCSEL), предаване и приемане на лещи, получаващи сензори като CI, APD, SPAD, SIPM и вериги на водача като ASIC.

Въведение в TOF (време на полета)

Основни принципи

TOF, стоящ за време на полет, е метод, използван за измерване на разстоянието чрез изчисляване на времето, необходимо за светлината, за да измине определено разстояние в среда. Този принцип се прилага предимно при оптични сценарии на TOF и е сравнително ясен. Процесът включва източник на светлина, излъчващ лъч светлина, като времето на емисиите е записано. След това тази светлина отразява цел, улавя се от приемник и се отбелязва времето на приемане. Разликата в тези времена, обозначена като t, определя разстоянието (d = скорост на светлината (c) × t / 2).

Видове TOF сензори

Има два основни типа TOF сензора: оптични и електромагнитни. Оптичните TOF сензори, които са по -често срещани, използват леки импулси, обикновено в инфрачервения диапазон, за измерване на разстоянието. Тези импулси се излъчват от сензора, отразяват обект и се връщат към сензора, където времето за пътуване се измерва и използва за изчисляване на разстоянието. За разлика от това, електромагнитните TOF сензори използват електромагнитни вълни, като радар или лидар, за да измерват разстоянието. Те работят на подобен принцип, но използват различен носител заИзмерване на разстоянието.

Приложения на TOF сензори

TOF сензорите са универсални и са интегрирани в различни полета:

Роботика:Използва се за откриване на препятствия и навигация. Например роботи като Atlas на Roomba и Boston Dynamics използват камери за дълбочина на TOF за картографиране на движението на тяхното обкръжение и планиране.

Системи за сигурност:Общи сензори за движение за откриване на натрапници, задействане на аларми или активиране на системи за камери.

Автомобилна индустрия:Включени в системи за подпомагане на водача за адаптивен круиз контрол и избягване на сблъсък, става все по-разпространено в новите модели на превозни средства.

Медицинско поле: Използва се в неинвазивно изображение и диагностика, като оптична кохерентна томография (OCT), произвеждаща тъканни изображения с висока разделителна способност.

Потребителска електроника: Интегрирани в смартфони, таблети и лаптопи за функции като разпознаване на лицето, биометрична автентификация и разпознаване на жестове.

Дронове:Използвани за навигация, избягване на сблъсък и за справяне с опасенията за поверителност и авиация

TOF системна архитектура

Типичната система TOF се състои от няколко ключови компонента за постигане на измерване на разстоянието, както е описано:

· Предавател (TX):Това включва лазерен източник на светлина, главно aVCSEL, верига на драйвера ASIC за задвижване на лазера и оптични компоненти за контрол на лъча, като колимиращи лещи или дифракционни оптични елементи и филтри.
· Приемник (RX):Това се състои от лещи и филтри в края на приемащия край, сензори като CI, SPAD или SIPM в зависимост от системата TOF и процесор за сигнал за изображение (ISP) за обработка на големи количества данни от чипа на приемника.
·Управление на мощността:Управление на стабилниТекущото управление на VCSEL и високото напрежение за SPAD е от решаващо значение, което изисква стабилно управление на мощността.
· Софтуерен слой:Това включва фърмуер, SDK, OS и слой за приложения.

Архитектурата демонстрира как лазерен лъч, произхождащ от VCSEL и модифициран от оптични компоненти, пътува през пространството, отразява обект и се връща към приемника. Изчисляването на изтичането на времето в този процес разкрива информация за разстояние или дълбочина. Тази архитектура обаче не обхваща шумови пътеки, като шум, предизвикан от слънчева светлина или шум от много пътища от отражения, които са разгледани по-нататък в серията.

Класификация на TOF системи

TOF системите са категоризирани предимно по техните техники за измерване на разстоянието: Direct TOF (DTOF) и индиректни TOF (ITOF), всяка с ясно изразени хардуерни и алгоритмични подходи. Поредицата първоначално очертава техните принципи, преди да се задълбочи в сравнителен анализ на техните предимства, предизвикателства и параметри на системата.

Въпреки привидно простия принцип на TOF - излъчване на лек пулс и откриване на връщането му за изчисляване на разстоянието - сложността се крие в разграничаването на връщащата се светлина от атмосферната светлина. Това се адресира чрез излъчване на достатъчно ярка светлина, за да се постигне високо съотношение сигнал / шум и да се избере подходящи дължини на вълната, за да се сведе до минимум намесата на светлината на околната среда. Друг подход е да се кодира излъчената светлина, за да се разграничи при завръщане, подобно на SOS сигналите с фенерче.

Поредицата продължава да сравнява DTOF и ITOF, като обсъжда подробно техните различия, предимства и предизвикателства и допълнително категоризира TOF системите въз основа на сложността на информацията, която предоставят, варираща от 1D TOF до 3D TOF.

DTOF

Direct TOF директно измерва времето за полета на фотона. Основният му компонент, единичният фотонен лавински диод (SPAD), е достатъчно чувствителен, за да открие единични фотони. DTOF използва времето, свързано с единично броене на фотони (TCSPC), за да измери времето на пристигането на фотони, изграждайки хистограма, за да изведе най -вероятното разстояние въз основа на най -високата честота на определена разлика във времето.

itof

Indirect TOF изчислява времето на полета въз основа на фазовата разлика между излъчени и получени вълнови форми, обикновено използвайки сигнали за непрекъсната вълна или импулс. ITOF може да използва стандартни архитектури на сензора на изображението, измервайки интензивността на светлината във времето.

ITOF се подразбира допълнително на непрекъсната модулация на вълната (CW-ITOF) и импулсна модулация (импулсен ITOF). CW-ITOF измерва фазовото изместване между излъчваните и получените синусоидални вълни, докато импулсното-itof изчислява фазовото изместване, използвайки сигнали на квадратна вълна.

По -бързо четене:

Уикипедия. (ND). Време на полета. Извлечен отhttps://en.wikipedia.org/wiki/Time_of_flight
Sony Semiconductor Solutions Group. (ND). TOF (време на полета) | Обща технология на сензорите за изображения. Извлечен отhttps://www.sony-semicon.com/en/technologies/tof
Microsoft. (2021, 4 февруари). Intro to Microsoft Time of Flight (TOF) - платформа за дълбочина на Azure. Извлечен отhttps://devblogs.microsoft.com/azure-depth-platform/intro-to-microsoft-time-offlight-tof
Ескатек. (2023, 2 март). Сензори за време на полета (TOF): задълбочен преглед и приложения. Извлечен отhttps://www.escatec.com/news/time-offlight-tof-sensors-an-in-depth-overview-and-applications

От уеб страницатаhttps://faster-than-light.net/tofsystem_c1/

От автора: Чао Гуанг

Отказ от отговорност:

С настоящото декларираме, че някои от изображенията, показани на нашия уебсайт, са събрани от Интернет и Уикипедия с цел насърчаване на образованието и споделянето на информация. Ние уважаваме правата на интелектуалната собственост на всички създатели. Използването на тези изображения не е предназначено за търговска печалба.

Ако смятате, че някое от използваното съдържание нарушава авторското ви право, моля, свържете се с нас. Ние сме повече от готови да предприемем подходящи мерки, включително премахване на изображения или предоставяне на подходящо приписване, за да гарантираме спазването на законите и разпоредбите на интелектуалната собственост. Нашата цел е да поддържаме платформа, която е богата на съдържание, справедливо и зачита правата на интелектуалната собственост на другите.

Моля, свържете се с нас на следния имейл адрес:sales@lumispot.cn. Ние се ангажираме да предприемем незабавни действия при получаване на известие и гарантиране на 100% сътрудничество при разрешаването на такива проблеми.