Berita - Prinsip Dasar dan Aplikasi Sistem TOF (Time of Flight)

Berlangganan Media Sosial Kami Untuk Postingan Cepat

Seri ini bertujuan untuk memberikan pemahaman mendalam dan progresif kepada pembaca tentang sistem Time of Flight (TOF). Kontennya mencakup tinjauan komprehensif sistem TOF, termasuk penjelasan detail TOF tidak langsung (iTOF) dan TOF langsung (dTOF). Bagian-bagian ini membahas parameter sistem, kelebihan dan kekurangannya, serta berbagai algoritmanya. Artikel ini juga membahas berbagai komponen sistem TOF, seperti Vertical Cavity Surface Emitting Laser (VCSEL), lensa transmisi dan penerima, sensor penerima seperti CIS, APD, SPAD, SiPM, dan rangkaian penggerak 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 target, ditangkap oleh penerima, dan waktu penerimaan dicatat. Selisih waktu ini, dilambangkan sebagai t, menentukan jarak (d = kecepatan cahaya (c) × t / 2).

Jenis-jenis Sensor ToF

Terdapat 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 oleh objek, dan kembali ke sensor, tempat waktu tempuh diukur dan digunakan untuk menghitung jarak. Sebaliknya, sensor ToF elektromagnetik menggunakan gelombang elektromagnetik, seperti radar atau lidar, untuk mengukur jarak. Prinsip kerja sensor ini serupa, tetapi menggunakan medium yang berbeda untuk...pengukuran jarak.

Aplikasi Sensor ToF

Sensor ToF bersifat serbaguna dan telah diintegrasikan ke berbagai bidang:

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

Sistem Keamanan:Umum pada sensor gerak untuk mendeteksi penyusup, memicu alarm, atau mengaktifkan sistem kamera.

Industri Otomotif:Diintegrasikan dalam sistem bantuan pengemudi untuk pengendalian jelajah adaptif dan penghindaran tabrakan, menjadi semakin umum pada model kendaraan baru.

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

Elektronik Konsumen: Terintegrasi ke dalam telepon pintar, tablet, dan laptop untuk fitur-fitur seperti pengenalan wajah, autentikasi biometrik, dan pengenalan gerakan.

Pesawat tanpa awak:Digunakan untuk navigasi, menghindari tabrakan, dan dalam menangani masalah privasi dan penerbangan.

Arsitektur Sistem TOF

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

· Pemancar (Tx):Ini termasuk sumber cahaya laser, terutamaVCSEL, rangkaian penggerak ASIC untuk menggerakkan laser, dan komponen optik untuk pengendalian sinar seperti lensa kolimasi atau elemen optik difraksi, 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 yang stabilpengendalian arus untuk VCSEL dan tegangan tinggi untuk SPAD sangat penting, memerlukan manajemen daya yang kuat.
· Lapisan Perangkat Lunak:Ini termasuk firmware, SDK, OS, dan lapisan aplikasi.

Arsitektur ini mendemonstrasikan bagaimana sinar laser, yang berasal dari VCSEL dan dimodifikasi oleh komponen optik, bergerak melintasi ruang, memantul dari suatu objek, dan kembali ke penerima. Perhitungan selang waktu dalam proses ini menghasilkan informasi jarak atau kedalaman. Namun, arsitektur ini tidak mencakup jalur derau, seperti derau yang disebabkan oleh sinar matahari atau derau multi-jalur 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-prinsipnya sebelum membahas analisis komparatif mengenai keunggulan, tantangan, dan parameter sistemnya.

Meskipun prinsip TOF tampak sederhana – memancarkan pulsa cahaya dan mendeteksi kembalinya untuk menghitung jarak – kompleksitasnya terletak pada proses membedakan cahaya yang kembali dari cahaya sekitar. Hal ini diatasi dengan memancarkan cahaya yang cukup terang untuk mencapai rasio signal-to-noise yang tinggi dan memilih panjang gelombang yang tepat untuk meminimalkan interferensi cahaya lingkungan. Pendekatan lain adalah mengodekan cahaya yang dipancarkan agar dapat dibedakan saat kembali, mirip dengan sinyal SOS pada senter.

Seri ini kemudian membandingkan dTOF dan iTOF, membahas perbedaan, keuntungan, dan tantangannya secara terperinci, dan selanjutnya mengkategorikan sistem TOF berdasarkan kompleksitas informasi yang disediakannya, mulai dari TOF 1D hingga TOF 3D.

dTOF

TOF 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, dan membangun histogram untuk menyimpulkan jarak yang paling mungkin berdasarkan frekuensi tertinggi dari selisih waktu tertentu.

iTOF

TOF tidak langsung menghitung waktu penerbangan berdasarkan perbedaan fase antara bentuk gelombang yang dipancarkan dan diterima, umumnya 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 sinus yang dipancarkan dan diterima, sementara Pulsed-iTOF menghitung pergeseran fasa menggunakan sinyal gelombang persegi.

Bacaan Lebih Lanjut:

Wikipedia. (nd). Waktu penerbangan. Diambil darihttps://en.wikipedia.org/wiki/Waktu_penerbangan
Grup Solusi Semikonduktor Sony. (nd). ToF (Waktu Terbang) | Teknologi Umum Sensor Gambar. Diambil darihttps://www.sony-semicon.com/id/teknologi/tof
Microsoft. (4 Februari 2021). Pengantar Microsoft Time of Flight (ToF) - Azure Depth Platform. Diambil darihttps://devblogs.microsoft.com/azure-depth-platform/pengantar-waktu-terbang-microsoft-tof
ESCATEC. (2 Maret 2023). Sensor Time of Flight (TOF): Tinjauan Mendalam dan Aplikasinya. Diambil darihttps://www.escatec.com/news/time-of-flight-tof-sensors-an-in-depth-overview-and-applications

Dari halaman webhttps://lebih-cepat-dari-cahaya.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 kreator. Penggunaan gambar-gambar ini tidak dimaksudkan untuk keuntungan komersial.

Jika Anda yakin bahwa konten yang digunakan melanggar hak cipta Anda, silakan hubungi kami. Kami bersedia mengambil langkah-langkah yang sesuai, termasuk menghapus gambar atau memberikan atribusi yang sesuai, untuk memastikan kepatuhan terhadap hukum dan peraturan kekayaan intelektual. Tujuan kami adalah untuk menjaga platform yang kaya konten, adil, dan menghormati hak kekayaan intelektual orang lain.

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