Newyddion - Egwyddor Sylfaenol a chymhwyso System TOF (Amser Hedfan)

Tanysgrifiwch i'n Cyfryngau Cymdeithasol am Bostiadau Prydlon

Nod y gyfres hon yw rhoi dealltwriaeth fanwl a chynyddol i ddarllenwyr o'r system Amser Hedfan (TOF). Mae'r cynnwys yn cwmpasu trosolwg cynhwysfawr o systemau TOF, gan gynnwys esboniadau manwl o TOF anuniongyrchol (iTOF) a TOF uniongyrchol (dTOF). Mae'r adrannau hyn yn ymchwilio i baramedrau'r system, eu manteision a'u hanfanteision, ac amrywiol algorithmau. Mae'r erthygl hefyd yn archwilio gwahanol gydrannau systemau TOF, megis Laserau Allyrru Arwyneb Ceudod Fertigol (VCSELs), lensys trosglwyddo a derbyn, synwyryddion derbyn fel CIS, APD, SPAD, SiPM, a chylchedau gyrrwr fel ASICs.

Cyflwyniad i TOF (Amser Hedfan)

Egwyddorion Sylfaenol

Mae TOF, sy'n sefyll am Amser Hedfan, yn ddull a ddefnyddir i fesur pellter trwy gyfrifo'r amser y mae'n ei gymryd i olau deithio pellter penodol mewn cyfrwng. Mae'r egwyddor hon yn cael ei chymhwyso'n bennaf mewn senarios TOF optegol ac mae'n gymharol syml. Mae'r broses yn cynnwys ffynhonnell golau yn allyrru trawst o olau, gydag amser yr allyriad yn cael ei gofnodi. Yna mae'r golau hwn yn adlewyrchu oddi ar darged, yn cael ei ddal gan dderbynnydd, a nodir amser y derbyniad. Mae'r gwahaniaeth yn yr amseroedd hyn, a ddynodir fel t, yn pennu'r pellter (d = cyflymder golau (c) × t / 2).

Mathau o Synwyryddion ToF

Mae dau brif fath o synwyryddion ToF: optegol ac electromagnetig. Mae synwyryddion ToF optegol, sy'n fwy cyffredin, yn defnyddio pylsau golau, fel arfer yn yr ystod is-goch, ar gyfer mesur pellter. Mae'r pylsau hyn yn cael eu hallyrru o'r synhwyrydd, yn adlewyrchu oddi ar wrthrych, ac yn dychwelyd i'r synhwyrydd, lle mae'r amser teithio yn cael ei fesur a'i ddefnyddio i gyfrifo pellter. Mewn cyferbyniad, mae synwyryddion ToF electromagnetig yn defnyddio tonnau electromagnetig, fel radar neu lidar, i fesur pellter. Maent yn gweithredu ar egwyddor debyg ond yn defnyddio cyfrwng gwahanol ar gyfermesur pellter.

Cymwysiadau Synwyryddion ToF

Mae synwyryddion ToF yn amlbwrpas ac wedi'u hintegreiddio i wahanol feysydd:

Roboteg:Fe'i defnyddir ar gyfer canfod rhwystrau a llywio. Er enghraifft, mae robotiaid fel Roomba ac Atlas Boston Dynamics yn defnyddio camerâu dyfnder ToF ar gyfer mapio eu hamgylchoedd a chynllunio symudiadau.

Systemau Diogelwch:Synwyryddion symud cyffredin ar gyfer canfod tresmaswyr, sbarduno larymau, neu actifadu systemau camerâu.

Diwydiant Modurol:Wedi'i ymgorffori mewn systemau cynorthwyo gyrwyr ar gyfer rheoli mordeithio addasol ac osgoi gwrthdrawiadau, gan ddod yn fwyfwy cyffredin mewn modelau cerbydau newydd.

Maes MeddygolFe'i defnyddir mewn delweddu a diagnosteg anfewnwthiol, fel tomograffeg cydlyniant optegol (OCT), gan gynhyrchu delweddau meinwe cydraniad uchel.

Electroneg DefnyddwyrWedi'i integreiddio i ffonau clyfar, tabledi a gliniaduron ar gyfer nodweddion fel adnabyddiaeth wyneb, dilysu biometrig ac adnabod ystumiau.

Dronau:Wedi'i ddefnyddio ar gyfer mordwyo, osgoi gwrthdrawiadau, ac wrth fynd i'r afael â phryderon preifatrwydd ac awyrenneg

Pensaernïaeth System TOF

Mae system TOF nodweddiadol yn cynnwys sawl cydran allweddol i gyflawni'r mesuriad pellter fel y disgrifir:

· Trosglwyddydd (Tx):Mae hyn yn cynnwys ffynhonnell golau laser, yn bennaf aVCSEL, cylched gyrrwr ASIC i yrru'r laser, a chydrannau optegol ar gyfer rheoli trawst megis lensys collimatio neu elfennau optegol diffractif, a hidlwyr.
· Derbynnydd (Rx):Mae hyn yn cynnwys lensys a hidlwyr ar y pen derbyn, synwyryddion fel CIS, SPAD, neu SiPM yn dibynnu ar y system TOF, a Phrosesydd Signal Delwedd (ISP) ar gyfer prosesu symiau mawr o ddata o'r sglodion derbynnydd.
·Rheoli Pŵer:Rheoli sefydlogmae rheolaeth cerrynt ar gyfer VCSELs a foltedd uchel ar gyfer SPADs yn hanfodol, gan olygu bod angen rheolaeth pŵer gadarn.
· Haen Meddalwedd:Mae hyn yn cynnwys cadarnwedd, SDK, system weithredu, a haen gymhwysiad.

Mae'r bensaernïaeth yn dangos sut mae trawst laser, sy'n tarddu o'r VCSEL ac wedi'i addasu gan gydrannau optegol, yn teithio trwy ofod, yn adlewyrchu oddi ar wrthrych, ac yn dychwelyd i'r derbynnydd. Mae'r cyfrifiad amser-dreigl yn y broses hon yn datgelu gwybodaeth am bellter neu ddyfnder. Fodd bynnag, nid yw'r bensaernïaeth hon yn cwmpasu llwybrau sŵn, fel sŵn a achosir gan olau'r haul neu sŵn aml-lwybr o adlewyrchiadau, a drafodir yn ddiweddarach yn y gyfres.

Dosbarthiad Systemau TOF

Mae systemau TOF yn cael eu categoreiddio'n bennaf yn ôl eu technegau mesur pellter: TOF uniongyrchol (dTOF) a TOF anuniongyrchol (iTOF), pob un â chaledwedd a dulliau algorithmig gwahanol. Mae'r gyfres yn amlinellu eu hegwyddorion i ddechrau cyn ymchwilio i ddadansoddiad cymharol o'u manteision, eu heriau, a pharamedrau'r system.

Er gwaethaf egwyddor ymddangosiadol syml TOF – allyrru pwls golau a chanfod ei ddychweliad i gyfrifo pellter – mae'r cymhlethdod yn gorwedd yn y gwahaniaethu rhwng y golau sy'n dychwelyd a golau amgylchynol. Mae hyn yn cael ei fynd i'r afael â hyn trwy allyrru golau digon llachar i gyflawni cymhareb signal-i-sŵn uchel a dewis tonfeddi priodol i leihau ymyrraeth golau amgylcheddol. Dull arall yw amgodio'r golau a allyrrir i'w wneud yn wahaniaethadwy ar ôl dychwelyd, yn debyg i signalau SOS gyda flashlight.

Mae'r gyfres yn mynd ymlaen i gymharu dTOF ac iTOF, gan drafod eu gwahaniaethau, manteision a heriau yn fanwl, ac yn categoreiddio systemau TOF ymhellach yn seiliedig ar gymhlethdod y wybodaeth maen nhw'n ei darparu, yn amrywio o TOF 1D i TOF 3D.

dTOF

Mae TOF uniongyrchol yn mesur amser hedfan y ffoton yn uniongyrchol. Mae ei gydran allweddol, y Deuod Eirol Ffonon Sengl (SPAD), yn ddigon sensitif i ganfod ffotonau sengl. Mae dTOF yn defnyddio Cyfrif Ffonon Sengl Cydberthynol Amser (TCSPC) i fesur amser cyrraedd ffotonau, gan lunio histogram i ddiddwytho'r pellter mwyaf tebygol yn seiliedig ar amledd uchaf gwahaniaeth amser penodol.

iTOF

Mae TOF anuniongyrchol yn cyfrifo amser hedfan yn seiliedig ar y gwahaniaeth cyfnod rhwng y tonffurfiau a allyrrir a'r rhai a dderbynnir, gan ddefnyddio signalau modiwleiddio tonnau parhaus neu bwls yn gyffredin. Gall iTOF ddefnyddio pensaernïaeth synhwyrydd delwedd safonol, gan fesur dwyster golau dros amser.

Mae iTOF wedi'i isrannu ymhellach yn fodiwleiddio tonnau parhaus (CW-iTOF) a modiwleiddio pwls (Pulsed-iTOF). Mae CW-iTOF yn mesur y newid cyfnod rhwng tonnau sinwsoidaidd a allyrrir ac a dderbynnir, tra bod Pulsed-iTOF yn cyfrifo'r newid cyfnod gan ddefnyddio signalau tonnau sgwâr.

Darllen Pellach:

Wicipedia. (dd). Amser hedfan. Adalwyd ohttps://cy.wikipedia.org/wiki/Amser_hedfan
Grŵp Datrysiadau Lled-ddargludyddion Sony. (dd). Amser Hedfan (ToF) | Technoleg Gyffredin Synwyryddion Delwedd. Adalwyd ohttps://www.sony-semicon.com/en/technologies/tof
Microsoft. (4 Chwefror 2021). Cyflwyniad i Amser Hedfan Microsoft (ToF) - Azure Depth Platform. Adalwyd ohttps://devblogs.microsoft.com/azure-depth-platform/intro-to-microsoft-time-of-flight-tof
ESCATEC. (2 Mawrth 2023). Synwyryddion Amser Hedfan (TOF): Trosolwg Manwl a Chymwysiadau. Adalwyd ohttps://www.escatec.com/news/time-of-flight-tof-sensors-an-in-depth-overview-and-applications

O'r dudalen wehttps://faster-than-light.net/TOFSystem_C1/

gan yr awdur: Chao Guang

Ymwadiad:

Rydym drwy hyn yn datgan bod rhai o'r delweddau a ddangosir ar ein gwefan wedi'u casglu o'r Rhyngrwyd a Wicipedia, gyda'r nod o hyrwyddo addysg a rhannu gwybodaeth. Rydym yn parchu hawliau eiddo deallusol pob crëwr. Ni fwriedir defnyddio'r delweddau hyn at elw masnachol.

Os ydych chi'n credu bod unrhyw ran o'r cynnwys a ddefnyddir yn torri eich hawlfraint, cysylltwch â ni. Rydym yn fwy na pharod i gymryd camau priodol, gan gynnwys tynnu delweddau neu ddarparu priodoliad priodol, er mwyn sicrhau cydymffurfiaeth â chyfreithiau a rheoliadau eiddo deallusol. Ein nod yw cynnal platfform sy'n gyfoethog o ran cynnwys, yn deg, ac yn parchu hawliau eiddo deallusol eraill.

Cysylltwch â ni yn y cyfeiriad e-bost canlynol:sales@lumispot.cnRydym yn ymrwymo i gymryd camau ar unwaith ar ôl derbyn unrhyw hysbysiad ac yn gwarantu cydweithrediad 100% wrth ddatrys unrhyw faterion o'r fath.