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

Ikuti Media Sosial Kami untuk Mendapatkan Postingan Terbaru

Seri ini bertujuan untuk memberikan pemahaman mendalam dan progresif kepada pembaca tentang sistem Time of Flight (TOF). Isinya mencakup tinjauan komprehensif tentang sistem TOF, termasuk penjelasan rinci tentang TOF tidak langsung (iTOF) dan TOF langsung (dTOF). Bagian-bagian ini membahas parameter sistem, kelebihan dan kekurangannya, serta 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 penggerak seperti ASIC.

Pengantar TOF (Time of Flight)

Prinsip-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 berkas cahaya, dengan waktu pemancaran dicatat. Cahaya ini kemudian dipantulkan dari target, ditangkap oleh penerima, dan waktu penerimaan dicatat. Perbedaan waktu ini, yang 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, menggunakan pulsa cahaya, biasanya dalam rentang inframerah, untuk pengukuran jarak. Pulsa ini dipancarkan dari sensor, dipantulkan dari suatu objek, dan kembali ke sensor, di mana 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 serupa tetapi menggunakan medium yang berbeda.pengukuran jarak.

Aplikasi Sensor ToF

Sensor ToF serbaguna dan telah diintegrasikan ke berbagai bidang:

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

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

Industri Otomotif:Diintegrasikan dalam sistem bantuan pengemudi untuk kontrol jelajah adaptif dan penghindaran tabrakan, dan semakin banyak digunakan pada model kendaraan baru.

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

Elektronik KonsumenTerintegrasi ke dalam ponsel pintar, tablet, dan laptop untuk fitur-fitur seperti pengenalan wajah, otentikasi biometrik, dan pengenalan gerakan.

Drone:Digunakan untuk navigasi, menghindari tabrakan, dan dalam menangani 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 sebuahVCSEL, sebuah ASIC sirkuit penggerak untuk menggerakkan laser, dan komponen optik untuk kontrol berkas cahaya seperti lensa kolimasi atau elemen optik difraksi, dan filter.
· Penerima (Rx):Sistem ini terdiri dari lensa dan filter di sisi 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 stabilitasPengendalian arus untuk VCSEL dan tegangan tinggi untuk SPAD sangat penting, sehingga membutuhkan manajemen daya yang andal.
· Lapisan Perangkat Lunak:Ini termasuk firmware, SDK, OS, dan lapisan aplikasi.

Arsitektur ini menunjukkan bagaimana berkas laser, yang berasal dari VCSEL dan dimodifikasi oleh komponen optik, bergerak melalui ruang angkasa, memantul dari suatu objek, dan kembali ke penerima. Perhitungan selang waktu dalam proses ini mengungkapkan informasi jarak atau kedalaman. Namun, arsitektur ini tidak mencakup jalur kebisingan, seperti kebisingan yang disebabkan oleh sinar matahari atau kebisingan multi-jalur dari pantulan, yang akan dibahas kemudian 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 algoritma yang berbeda. Seri ini awalnya menguraikan prinsip-prinsipnya sebelum membahas analisis perbandingan tentang keunggulan, tantangan, dan parameter sistemnya.

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

Seri ini selanjutnya membandingkan dTOF dan iTOF, membahas perbedaan, keunggulan, dan tantangannya secara detail, dan selanjutnya mengkategorikan sistem TOF berdasarkan kompleksitas informasi yang mereka berikan, mulai dari TOF 1D hingga TOF 3D.

dTOF

Direct TOF (TOF) secara langsung mengukur waktu tempuh 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, membangun histogram untuk menyimpulkan jarak yang paling mungkin berdasarkan frekuensi tertinggi dari perbedaan waktu tertentu.

iTOF

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

iTOF selanjutnya 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. (tanpa tanggal). Waktu tempuh. Diperoleh darihttps://en.wikipedia.org/wiki/Time_of_flight
Sony Semiconductor Solutions Group. (nd). ToF (Time of Flight) | Teknologi Umum Sensor Gambar. Diperoleh darihttps://www.sony-semicon.com/en/technologies/tof
Microsoft. (2021, 4 Februari). Pengantar Microsoft Time Of Flight (ToF) - Platform Azure Depth. Diambil darihttps://devblogs.microsoft.com/azure-depth-platform/intro-to-microsoft-time-of-flight-tof
ESCATEC. (2023, 2 Maret). Sensor Waktu Tempuh (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://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 yang digunakan melanggar hak cipta Anda, silakan hubungi kami. Kami bersedia mengambil tindakan yang tepat, termasuk menghapus gambar atau memberikan atribusi yang sesuai, untuk memastikan kepatuhan terhadap hukum dan peraturan kekayaan intelektual. Tujuan kami adalah untuk mempertahankan platform yang kaya akan konten, adil, dan menghormati hak kekayaan intelektual orang lain.

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