Nyheter - Grunnleggende prinsipp og anvendelse av TOF (Time of Flight) -system

Abonner på våre sosiale medier for raskt innlegg

Denne serien tar sikte på å gi leserne en grundig og progressiv forståelse av TOF-systemet (TOF). Innholdet dekker en omfattende oversikt over TOF -systemer, inkludert detaljerte forklaringer på både indirekte TOF (ITOF) og direkte TOF (DTOF). Disse seksjonene går inn i systemparametere, fordeler og ulemper og forskjellige algoritmer. Artikkelen utforsker også de forskjellige komponentene i TOF -systemer, for eksempel vertikale hulromsoverflate -emitterende lasere (VCSELS), overføring og mottakelseslinser, og mottar sensorer som CIS, APD, SPAD, SIPM og førerkretser som ASIC -er.

Introduksjon til TOF (Flight Time)

Grunnleggende prinsipper

TOF, som står for flyperioden, er en metode som brukes til å måle avstand ved å beregne tiden det tar for lys å reise en viss avstand i et medium. Dette prinsippet brukes først og fremst i optiske TOF -scenarier og er relativt grei. Prosessen innebærer en lyskilde som sender ut en lysstråle, med utslippstidspunktet som er registrert. Dette lyset reflekterer deretter et mål, blir fanget opp av en mottaker, og mottakstidspunktet blir notert. Forskjellen i disse tider, betegnet som t, bestemmer avstanden (D = lyshastighet (c) × t / 2).

Typer TOF -sensorer

Det er to primære typer TOF -sensorer: optisk og elektromagnetisk. Optiske TOF -sensorer, som er mer vanlige, bruker lyspulser, typisk i det infrarøde området, for avstandsmåling. Disse pulser sendes ut fra sensoren, reflekterer av et objekt og går tilbake til sensoren, der reisetiden måles og brukes til å beregne avstand. I kontrast bruker elektromagnetiske TOF -sensorer elektromagnetiske bølger, som radar eller lidar, for å måle avstand. De opererer etter et lignende prinsipp, men bruker et annet medium foravstandsmåling.

Bruksområder av TOF -sensorer

TOF -sensorer er allsidige og har blitt integrert i forskjellige felt:

Robotikk:Brukes til hindringsdeteksjon og navigasjon. For eksempel bruker roboter som Roomba og Boston Dynamics 'Atlas TOF -dybdekameraer for å kartlegge omgivelsene og planlegge bevegelser.

Sikkerhetssystemer:Vanlige i bevegelsessensorer for å oppdage inntrengere, utløse alarmer eller aktivere kamerasystemer.

Bilindustri:Innarbeidet i førerassistiske systemer for adaptiv cruisekontroll og unngåelse av kollisjon, og blir stadig mer utbredt i nye kjøretøymodeller.

Medisinsk felt: Ansatt i ikke-invasiv avbildning og diagnostikk, for eksempel optisk koherensomografi (OCT), og produserer vevsbilder med høy oppløsning.

Forbrukerelektronikk: Integrert i smarttelefoner, nettbrett og bærbare datamaskiner for funksjoner som ansiktsgjenkjenning, biometrisk autentisering og gestgjenkjenning.

Droner:Brukes til navigasjon, unngåelse av kollisjon og for å adressere personvern og luftfartsspørsmål

TOF -systemarkitektur

Et typisk TOF -system består av flere viktige komponenter for å oppnå avstandsmåling som beskrevet:

· Sender (TX):Dette inkluderer en laser lyskilde, hovedsakelig enVCSEL, en førerkrets ASIC for å drive laseren, og optiske komponenter for strålekontroll som kollimatiserende linser eller diffraktive optiske elementer, og filtre.
· Mottaker (RX):Dette består av linser og filtre i mottakende ende, sensorer som CIS, SPAD eller SIPM avhengig av TOF -systemet, og en bildesignalprosessor (ISP) for å behandle store datamengder fra mottakerbrikken.
·Strømstyring:Administrere stabilNåværende kontroll for VCSELS og høyspenning for SPAD -er er avgjørende, noe som krever robust strømstyring.
· Programvarelag:Dette inkluderer firmware, SDK, OS og applikasjonslag.

Arkitekturen demonstrerer hvordan en laserstråle, som stammer fra VCSEL og modifisert av optiske komponenter, reiser gjennom verdensrommet, reflekterer av et objekt og går tilbake til mottakeren. Tidens bortfallsberegning i denne prosessen avslører informasjon om avstand eller dybde. Imidlertid dekker ikke denne arkitekturen støyveier, for eksempel sollysindusert støy eller støy med flere veier fra refleksjoner, som blir diskutert senere i serien.

Klassifisering av TOF -systemer

TOF -systemer er primært kategorisert etter deres avstandsmålteknikker: direkte TOF (DTOF) og indirekte TOF (ITOF), hver med distinkt maskinvare og algoritmiske tilnærminger. Serien skisserer opprinnelig prinsippene før de gikk inn i en sammenlignende analyse av fordelene, utfordringene og systemparametrene.

Til tross for det tilsynelatende enkle prinsippet om TOF - som avgir en lyspuls og oppdager dens retur til å beregne avstand - ligger kompleksiteten i å skille det tilbakevendende lyset fra omgivelseslyset. Dette adresseres ved å avgi tilstrekkelig sterkt lys for å oppnå et høyt signal-til-støy-forhold og velge passende bølgelengder for å minimere miljølysforstyrrelser. En annen tilnærming er å kode det utsendte lyset for å gjøre det skilles ved retur, lik SOS -signaler med en lommelykt.

Serien fortsetter med å sammenligne DTOF og ITOF, diskuterer deres forskjeller, fordeler og utfordringer i detalj, og kategoriserer ytterligere TOF -systemer basert på kompleksiteten i informasjon de gir, alt fra 1D TOF til 3D TOF.

dtof

Direkte TOF måler direkte fotonens flytid. Den viktigste komponenten, den enkle foton -skreddioden (SPAD), er følsom nok til å oppdage enkeltfotoner. DTOF bruker tidskorrelert enkeltfotontelling (TCSPC) for å måle tiden for fotonankomster, og konstruere et histogram for å utlede den mest sannsynlige avstanden basert på den høyeste frekvensen av en bestemt tidsforskjell.

itof

Indirekte TOF beregner flytid basert på faseforskjellen mellom utsendte og mottatte bølgeformer, ofte ved bruk av kontinuerlig bølge- eller pulsmodulasjonssignaler. ITOF kan bruke standard bildesensorarkitekturer, måle lysintensitet over tid.

ITOF er videre delt inn i kontinuerlig bølgemodulasjon (CW-ITOF) og pulsmodulasjon (Pulsed-ITOF). CW-ITOF måler faseforskyvningen mellom utsendte og mottok sinusformet bølger, mens pulserende it av beregner faseskift ved bruk av firkantede bølgesignaler.

Futher lesing:

Wikipedia. (ND). Flight Time. Hentet frahttps://en.wikipedia.org/wiki/time_of_flight
Sony Semiconductor Solutions Group. (ND). TOF (Flight Time) | Vanlig teknologi for bildesensorer. Hentet frahttps://www.sony-semicon.com/no/technologies/tof
Microsoft. (2021, 4. februar). Intro til Microsoft Time of Flight (TOF) - Azure dybdeplattform. Hentet frahttps://devblogs.microsoft.com/azure-dpth-platform/intro-to-microsoft-time-of-fly-tof
Escatec. (2023, 2. mars). TID for Flight (TOF) sensorer: en grundig oversikt og applikasjoner. Hentet frahttps://www.escatec.com/news/time-of-flight-tof-ensor-an-in-dpth-overview-and-applications

Fra websidenhttps://faster-han-light.net/tofsystem_c1/

Av forfatteren: Chao Guang

Ansvarsfraskrivelse:

Vi erklærer herved at noen av bildene som vises på nettstedet vårt blir samlet inn fra Internett og Wikipedia, med sikte på å fremme utdanning og informasjonsdeling. Vi respekterer immaterielle rettigheter til alle skaperne. Bruken av disse bildene er ikke beregnet på kommersiell gevinst.

Hvis du tror at noe av innholdet som brukes krenker opphavsretten din, kan du kontakte oss. Vi er mer enn villige til å iverksette passende tiltak, inkludert å fjerne bilder eller gi riktig attribusjon, for å sikre overholdelse av immaterielle eiendomslover og forskrifter. Målet vårt er å opprettholde en plattform som er rik på innhold, rettferdig og respekterer andres immaterielle rettigheter.

Kontakt oss på følgende e -postadresse:sales@lumispot.cn. Vi forplikter oss til å iverksette øyeblikkelig tiltak når vi mottar all varsel og garanterer 100% samarbeid om å løse slike problemer.