Berita - Prinsip Dasar dan penerapan Sistem TOF (Waktu Penerbangan).

Berlangganan ke Media Sosial Kami Untuk Postingan Segera

Seri ini bertujuan untuk memberikan pembaca pemahaman mendalam dan progresif tentang sistem Time of Flight (TOF). Kontennya mencakup gambaran komprehensif sistem TOF, termasuk penjelasan rinci tentang TOF tidak langsung (iTOF) dan TOF langsung (dTOF). Bagian ini mempelajari parameter sistem, kelebihan dan kekurangannya, dan berbagai algoritma. Artikel ini juga mengeksplorasi berbagai komponen sistem TOF, seperti Laser Pemancar Permukaan Rongga Vertikal (VCSEL), lensa transmisi dan penerimaan, sensor penerima seperti CIS, APD, SPAD, SiPM, dan sirkuit driver seperti ASIC.

Pengantar TOF (Waktu Penerbangan)

Prinsip Dasar

TOF, singkatan dari Time of Flight, adalah metode yang digunakan untuk mengukur jarak dengan menghitung waktu yang dibutuhkan cahaya untuk menempuh jarak tertentu dalam suatu medium. Prinsip ini terutama diterapkan dalam skenario TOF optik dan relatif mudah. Prosesnya melibatkan sumber cahaya yang memancarkan seberkas cahaya, dengan waktu emisi yang dicatat. Cahaya ini kemudian dipantulkan dari suatu target, ditangkap oleh penerima, dan waktu penerimaannya dicatat. Selisih waktu tersebut, dilambangkan dengan t, menentukan jarak (d = kecepatan cahaya (c) × t / 2).

Jenis Sensor ToF

Ada dua jenis utama sensor ToF: optik dan elektromagnetik. Sensor ToF optik, yang lebih umum, memanfaatkan pulsa cahaya, biasanya dalam rentang inframerah, untuk pengukuran jarak. Pulsa ini dipancarkan dari sensor, dipantulkan suatu objek, dan kembali ke sensor, dimana waktu tempuh diukur dan digunakan untuk menghitung jarak. Sebaliknya, sensor ToF elektromagnetik menggunakan gelombang elektromagnetik, seperti radar atau lidar, untuk mengukur jarak. Mereka beroperasi dengan prinsip yang sama tetapi menggunakan media yang berbedapengukuran jarak.

Penerapan Sensor ToF

Sensor ToF serbaguna dan telah diintegrasikan ke dalam berbagai bidang:

Robotika:Digunakan untuk deteksi rintangan dan navigasi. Misalnya, robot seperti Roomba dan Atlas Boston Dynamics menggunakan kamera kedalaman ToF untuk memetakan lingkungan sekitar dan merencanakan pergerakan.

Sistem Keamanan:Sensor gerak umum untuk mendeteksi penyusup, memicu alarm, atau mengaktifkan sistem kamera.

Industri Otomotif:Digabungkan dalam sistem bantuan pengemudi untuk kendali jelajah adaptif dan penghindaran tabrakan, menjadi semakin lazim pada model kendaraan baru.

Bidang Kedokteran: Digunakan dalam pencitraan dan diagnostik non-invasif, seperti tomografi koherensi optik (OCT), menghasilkan gambar jaringan resolusi tinggi.

Elektronik Konsumen: Terintegrasi ke ponsel cerdas, tablet, dan laptop untuk fitur seperti pengenalan wajah, autentikasi biometrik, dan pengenalan gerakan.

Drone:Digunakan untuk navigasi, penghindaran tabrakan, dan dalam mengatasi masalah privasi dan penerbangan

Arsitektur Sistem TOF

Sistem TOF tipikal terdiri dari beberapa komponen kunci untuk mencapai pengukuran jarak seperti yang dijelaskan:

· Pemancar (Tx):Ini termasuk sumber cahaya laser, terutama aVCSEL, rangkaian driver ASIC untuk menggerakkan laser, dan komponen optik untuk kontrol sinar seperti lensa kolimasi atau elemen optik difraksi, dan filter.
· Penerima (Rx):Ini terdiri dari lensa dan filter di sisi penerima, sensor seperti CIS, SPAD, atau SiPM tergantung pada sistem TOF, dan Image Signal Processor (ISP) untuk memproses data dalam jumlah besar dari chip penerima.
·Manajemen Daya:Mengelola stabilKontrol arus untuk VCSEL dan tegangan tinggi untuk SPAD sangatlah penting, sehingga memerlukan manajemen daya yang kuat.
· Lapisan Perangkat Lunak:Ini termasuk firmware, SDK, OS, dan lapisan aplikasi.

Arsitekturnya menunjukkan bagaimana sinar laser, yang berasal dari VCSEL dan dimodifikasi oleh komponen optik, bergerak melalui ruang angkasa, memantulkan suatu objek, dan kembali ke penerima. Perhitungan time lapse dalam proses ini mengungkapkan informasi jarak atau kedalaman. Namun, arsitektur ini tidak mencakup jalur kebisingan, seperti kebisingan yang disebabkan oleh sinar matahari atau kebisingan multijalur dari pantulan, yang akan dibahas nanti dalam seri ini.

Klasifikasi Sistem TOF

Sistem TOF terutama dikategorikan berdasarkan teknik pengukuran jaraknya: TOF langsung (dTOF) dan TOF tidak langsung (iTOF), masing-masing dengan pendekatan perangkat keras dan algoritmik yang berbeda. Seri ini awalnya menguraikan prinsip-prinsip mereka sebelum mempelajari analisis komparatif mengenai keunggulan, tantangan, dan parameter sistem mereka.

Meskipun prinsip TOF tampak sederhana – memancarkan pulsa cahaya dan mendeteksi kembalinya untuk menghitung jarak – kompleksitasnya terletak pada membedakan cahaya yang kembali dari cahaya sekitar. Hal ini diatasi dengan memancarkan cahaya yang cukup terang untuk mencapai rasio sinyal terhadap kebisingan yang tinggi dan memilih panjang gelombang yang sesuai untuk meminimalkan gangguan cahaya lingkungan. Pendekatan lain adalah dengan mengkodekan cahaya yang dipancarkan agar dapat dibedakan saat kembali, mirip dengan sinyal SOS dengan senter.

Seri ini melanjutkan dengan membandingkan dTOF dan iTOF, membahas perbedaan, kelebihan, dan tantangannya secara mendetail, dan selanjutnya mengkategorikan sistem TOF berdasarkan kompleksitas informasi yang diberikan, mulai dari TOF 1D hingga TOF 3D.

dTOF

TOF langsung secara langsung mengukur waktu terbang foton. Komponen utamanya, Single Photon Avalanche Diode (SPAD), cukup sensitif untuk mendeteksi foton tunggal. dTOF menggunakan Time Correlated Single Photon Counting (TCSPC) untuk mengukur waktu kedatangan foton, membuat histogram untuk menyimpulkan jarak yang paling mungkin berdasarkan frekuensi tertinggi dalam perbedaan waktu tertentu.

iTOF

TOF tidak langsung menghitung waktu penerbangan berdasarkan perbedaan fase antara bentuk gelombang yang dipancarkan dan diterima, biasanya menggunakan sinyal modulasi gelombang atau pulsa kontinu. iTOF dapat menggunakan arsitektur sensor gambar standar, mengukur intensitas cahaya dari waktu ke waktu.

iTOF dibagi lagi menjadi modulasi gelombang kontinu (CW-iTOF) dan modulasi pulsa (Pulsed-iTOF). CW-iTOF mengukur pergeseran fasa antara gelombang sinusoidal yang dipancarkan dan diterima, sedangkan Pulsed-iTOF menghitung pergeseran fasa menggunakan sinyal gelombang persegi.

Bacaan Lebih Lanjut:

Wikipedia. (nd). Waktu penerbangan. Diperoleh darihttps://en.wikipedia.org/wiki/Time_of_flight
Grup Solusi Semikonduktor Sony. (nd). ToF (Waktu Penerbangan) | Teknologi Umum Sensor Gambar. Diperoleh darihttps://www.sony-semicon.com/en/technologies/tof
Microsoft. (2021, 4 Februari). Pengantar Microsoft Time Of Flight (ToF) - Azure Depth Platform. Diperoleh darihttps://devblogs.microsoft.com/azure- depth-platform/intro-to-microsoft-time-of-flight-tof
ESCATEC. (2023, 2 Maret). Sensor Time of Flight (TOF): Tinjauan Mendalam dan Aplikasi. Diperoleh darihttps://www.escatec.com/news/time-of-flight-tof-sensors-an-in- depth-overview-and-applications

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

oleh penulis: Chao Guang

Penafian:

Dengan ini kami menyatakan bahwa beberapa gambar yang ditampilkan di situs web kami dikumpulkan dari Internet dan Wikipedia, dengan tujuan untuk mempromosikan pendidikan dan berbagi informasi. Kami menghormati hak kekayaan intelektual semua pencipta. Penggunaan gambar-gambar ini tidak dimaksudkan untuk keuntungan komersial.

Jika Anda yakin bahwa konten apa pun yang digunakan melanggar hak cipta Anda, silakan hubungi kami. Kami sangat bersedia untuk mengambil tindakan yang tepat, termasuk menghapus gambar atau memberikan atribusi yang sesuai, untuk memastikan kepatuhan terhadap undang-undang dan peraturan kekayaan intelektual. Tujuan kami adalah mempertahankan platform yang kaya konten, adil, dan menghormati hak kekayaan intelektual pihak lain.

Silakan hubungi kami di alamat email berikut:sales@lumispot.cn. Kami berkomitmen untuk mengambil tindakan segera setelah menerima pemberitahuan apa pun dan menjamin kerja sama 100% dalam menyelesaikan masalah tersebut.