Berita - Prinsip Dasar dan Penerapan Sistem TOF (Waktu Penerbangan)

Berlangganan media sosial kami untuk posting cepat

Seri ini bertujuan untuk memberi pembaca pemahaman yang mendalam dan progresif tentang sistem waktu penerbangan (TOF). Konten ini mencakup tinjauan komprehensif sistem TOF, termasuk penjelasan terperinci tentang TOF tidak langsung (ITOF) dan TOF langsung (DTOF). Bagian -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 (vcsels), lensa transmisi dan penerimaan, sensor penerima seperti CIS, APD, SPAD, SIPM, dan sirkuit pengemudi seperti ASIC.

Pengantar TOF (waktu penerbangan)

Prinsip dasar

TOF, berdiri untuk waktu penerbangan, adalah metode yang digunakan untuk mengukur jarak dengan menghitung waktu yang dibutuhkan cahaya untuk menempuh jarak tertentu dalam suatu media. Prinsip ini terutama diterapkan dalam skenario TOF optik dan relatif mudah. Prosesnya melibatkan sumber cahaya yang memancarkan sinar cahaya, dengan waktu emisi direkam. Cahaya ini kemudian memantulkan target, ditangkap oleh penerima, dan waktu penerimaan dicatat. Perbedaan waktu ini, dilambangkan sebagai 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, menggunakan pulsa cahaya, biasanya dalam kisaran inframerah, untuk pengukuran jarak. Pulsa ini dipancarkan dari sensor, mencerminkan suatu objek, dan kembali ke sensor, di mana waktu perjalanan 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 berbeda untukpengukuran jarak.

Aplikasi sensor TOF

Sensor TOF serbaguna dan telah diintegrasikan ke dalam berbagai bidang:

Robotika:Digunakan untuk deteksi dan navigasi rintangan. Misalnya, robot seperti atlas Roomba dan Boston Dynamics 'menggunakan kamera kedalaman TOF untuk memetakan lingkungan mereka dan perencanaan.

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

Industri otomotif:Digabungkan dalam sistem bantuan pengemudi untuk kontrol pelayaran adaptif dan penghindaran tabrakan, menjadi semakin lazim dalam model kendaraan baru.

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

Elektronik Konsumen: Diintegrasikan ke dalam smartphone, tablet, dan laptop untuk fitur seperti pengenalan wajah, otentikasi biometrik, dan pengenalan gerakan.

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

Arsitektur sistem TOF

Sistem TOF yang khas terdiri dari beberapa komponen utama untuk mencapai pengukuran jarak seperti yang dijelaskan:

· Pemancar (TX):Ini termasuk sumber cahaya laser, terutama aVcsel, sirkuit driver ASIC untuk menggerakkan laser, dan komponen optik untuk kontrol balok seperti lensa kolimasi atau elemen optik difraktif, dan filter.
· Penerima (RX):Ini terdiri dari lensa dan filter di ujung penerima, sensor seperti CIS, SPAD, atau SIPM tergantung pada sistem TOF, dan prosesor sinyal gambar (ISP) untuk memproses sejumlah besar data dari chip penerima.
·Manajemen Daya:Mengelola stabilKontrol saat ini untuk vcsels dan tegangan tinggi untuk SPAD sangat penting, membutuhkan manajemen daya yang kuat.
· Lapisan Perangkat Lunak:Ini termasuk firmware, SDK, OS, dan lapisan aplikasi.

Arsitektur menunjukkan bagaimana sinar laser, yang berasal dari VCSEL dan dimodifikasi oleh komponen optik, melakukan perjalanan melalui ruang, memantulkan objek, dan kembali ke penerima. Perhitungan selang waktu dalam proses ini mengungkapkan informasi jarak atau kedalaman. Namun, arsitektur ini tidak menutupi jalur kebisingan, seperti kebisingan yang diinduksi sinar matahari atau kebisingan multi-jalur dari refleksi, yang dibahas nanti dalam seri.

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. Serial ini awalnya menguraikan prinsip -prinsip mereka sebelum mempelajari analisis komparatif dari keunggulan, tantangan, dan parameter sistem mereka.

Terlepas dari prinsip TOF yang tampaknya sederhana - memancarkan pulsa ringan dan mendeteksi kembalinya untuk menghitung jarak - kompleksitasnya terletak pada membedakan cahaya yang kembali dari cahaya sekitar. Ini dibahas dengan memancarkan cahaya yang cukup terang untuk mencapai rasio sinyal-ke-noise yang tinggi dan memilih panjang gelombang yang sesuai untuk meminimalkan gangguan cahaya lingkungan. Pendekatan lain adalah mengkodekan cahaya yang dipancarkan untuk membuatnya dapat dibedakan saat kembali, mirip dengan sinyal SOS dengan senter.

Serial ini mulai membandingkan DTOF dan ITOF, membahas perbedaan, keunggulan, dan tantangan mereka secara rinci, dan selanjutnya mengkategorikan sistem TOF berdasarkan kompleksitas informasi yang mereka berikan, mulai dari 1D TOF hingga 3D TOF.

dtof

TOF langsung secara langsung mengukur waktu penerbangan foton. Komponen kuncinya, dioda longsor foton tunggal (SPAD), cukup sensitif untuk mendeteksi foton tunggal. DTOF menggunakan penghitungan foton tunggal berkorelasi waktu (TCSPC) untuk mengukur waktu kedatangan foton, membangun histogram untuk menyimpulkan jarak yang paling mungkin berdasarkan frekuensi tertinggi dari perbedaan waktu tertentu.

itu dari

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

Ini lebih lanjut dibagi menjadi modulasi gelombang kontinu (CW-ITOF) dan modulasi pulsa (berdenyut-ITOF). CW-ITOF mengukur pergeseran fase antara gelombang sinusoidal yang dipancarkan dan menerima, sementara berdenyut menghitung pergeseran fase menggunakan sinyal gelombang persegi.

Bacaan yang lebih futher:

Wikipedia. (nd). Waktu penerbangan. Diperoleh darihttps://en.wikipedia.org/wiki/time_of_flight
Kelompok Solusi Semikonduktor Sony. (nd). TOF (waktu penerbangan) | Teknologi umum sensor gambar. Diperoleh darihttps://www.sony-semicon.com/en/technologies/tof
Microsoft. (2021, 4 Februari). Intro ke 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 dan aplikasi yang mendalam. Diperoleh darihttps://www.escatec.com/news/time-of-flight-tof-sensors-an-in-depth-oveview-and-applications

Dari halaman webhttps://faster-than-light.net/tofsystem_c1/

Oleh Penulis: Chao Guang

Penafian:

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

Jika Anda yakin bahwa salah satu konten yang digunakan melanggar hak cipta Anda, silakan hubungi kami. Kami lebih dari bersedia untuk mengambil langkah -langkah yang tepat, termasuk menghapus gambar atau memberikan atribusi yang tepat, untuk memastikan kepatuhan terhadap undang -undang dan peraturan kekayaan intelektual. Tujuan kami adalah mempertahankan platform yang kaya akan konten, adil, dan menghormati hak kekayaan intelektual orang 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.