Nyheter - Grundläggande princip och tillämpning av TOF (tid för flygning) system

Prenumerera på våra sociala medier för snabb post

Denna serie syftar till att ge läsarna en djupgående och progressiv förståelse av tidpunkten för flygningssystemet (TOF). Innehållet täcker en omfattande översikt över TOF -system, inklusive detaljerade förklaringar av både indirekt TOF (ITOF) och direkt TOF (DTOF). Dessa avsnitt fördjupar systemparametrar, deras fördelar och nackdelar och olika algoritmer. Artikeln undersöker också de olika komponenterna i TOF -system, såsom vertikala kavitetsytor som emitterar lasrar (VCSEL), transmissions- och mottagningslinser, mottagande sensorer som CIS, APD, SPAD, SIPM och förarkretsar som ASICS.

Introduktion till TOF (flygtid)

Grundprinciper

TOF, som står för flygtid, är en metod som används för att mäta avstånd genom att beräkna tiden det tar för ljus att resa ett visst avstånd i ett medium. Denna princip tillämpas främst i optiska TOF -scenarier och är relativt enkel. Processen involverar en ljuskälla som avger en ljusstråle, med tidpunkten för utsläpp. Detta ljus återspeglar sedan ett mål, fångas av en mottagare och mottagningstiden noteras. Skillnaden i dessa tider, betecknad som t, bestämmer avståndet (d = ljushastighet (c) × t / 2).

Typer av TOF -sensorer

Det finns två primära typer av TOF -sensorer: optisk och elektromagnetisk. Optiska TOF -sensorer, som är vanligare, använder lätta pulser, vanligtvis inom det infraröda området, för avståndsmätning. Dessa pulser släpps ut från sensorn, reflekterar ett objekt och återgår till sensorn, där restiden mäts och används för att beräkna avstånd. Däremot använder elektromagnetiska TOF -sensorer elektromagnetiska vågor, som radar eller lidar, för att mäta avstånd. De arbetar med en liknande princip men använder ett annat medium föravståndsmätning.

Applikationer av TOF -sensorer

TOF -sensorer är mångsidiga och har integrerats i olika fält:

Robotik:Används för detektion och navigering av hinder. Till exempel använder robotar som Roomba och Boston Dynamics Atlas TOF -djupkameror för att kartlägga sina omgivningar och planeringsrörelser.

Säkerhetssystem:Vanligt i rörelsessensorer för att upptäcka inkräktare, utlösa larm eller aktivera kamerasystem.

Bilindustri:Inkluderat i förarassistentsystem för adaptiv farthållare och undvikande av kollision och blir allt vanligare i nya fordonsmodeller.

Medicinsk område: Används i icke-invasiv avbildning och diagnostik, såsom optisk koherens tomografi (OCT), vilket ger högupplösta vävnadsbilder.

Konsumentelektronik: Integrerad i smartphones, surfplattor och bärbara datorer för funktioner som ansiktsigenkänning, biometrisk autentisering och gestigenkänning.

Drönare:Används för navigering, undvikande av kollision och för att ta itu med integritets- och luftfartsproblem

TOF -systemarkitektur

Ett typiskt TOF -system består av flera viktiga komponenter för att uppnå avståndsmätningen som beskrivs:

· Sändare (TX):Detta inkluderar en laserljuskälla, främst aVcsel, en förarkrets ASIC för att driva lasern och optiska komponenter för strålkontroll såsom kollimeringslinser eller diffraktiva optiska element och filter.
· Mottagare (RX):Detta består av linser och filter i mottagningsänden, sensorer som CIS, SPAD eller SIPM beroende på TOF -systemet och en bildsignalprocessor (ISP) för bearbetning av stora mängder data från mottagarchipet.
·Power Management:Hantera stallNuvarande kontroll för VCSEL och högspänning för SPADS är avgörande, vilket kräver robust krafthantering.
· Programvaruskiktet:Detta inkluderar firmware, SDK, OS och applikationslager.

Arkitekturen visar hur en laserstråle, härstammar från VCSEL och modifierad av optiska komponenter, reser genom rymden, återspeglar ett objekt och återgår till mottagaren. Tidsförfallsberäkningen i denna process avslöjar avstånd eller djupinformation. Denna arkitektur täcker emellertid inte brusvägar, såsom solljusinducerat brus eller flervägsbrus från reflektioner, som diskuteras senare i serien.

Klassificering av TOF -system

TOF -system kategoriseras främst med deras avståndsmätningstekniker: direkt TOF (DTOF) och indirekt TOF (ITOF), var och en med distinkta hårdvara och algoritmiska tillvägagångssätt. Serien beskriver initialt sina principer innan de fördjupar en jämförande analys av deras fördelar, utmaningar och systemparametrar.

Trots den till synes enkla principen för TOF - som avger en ljuspuls och upptäcker dess återgång för att beräkna avstånd - ligger komplexiteten i att skilja det återvändande ljuset från omgivande ljus. Detta behandlas genom att avge tillräckligt starkt ljus för att uppnå ett högt signal-brusförhållande och välja lämpliga våglängder för att minimera miljömässan. Ett annat tillvägagångssätt är att koda det utsända ljuset för att göra det urskiljbart vid återvändande, liknande SOS -signaler med en ficklampa.

Serien fortsätter att jämföra DTOF och ITOF, diskutera deras skillnader, fördelar och utmaningar i detalj och kategoriserar ytterligare TOF -system baserat på komplexiteten i information de tillhandahåller, allt från 1D TOF till 3D TOF.

dtof

Direkt TOF mäter direkt fotons flygtid. Dess nyckelkomponent, Single Photon Avalanche Diode (SPAD), är tillräckligt känslig för att upptäcka enstaka fotoner. DTOF använder tidskorrelerad enstaka fotonräkning (TCSPC) för att mäta tiden för fotonankomster, konstruera ett histogram för att härleda det mest troliga avståndet baserat på den högsta frekvensen för en viss tidsskillnad.

itof

Indirekt TOF beräknar flygtid baserat på fasskillnaden mellan emitterade och mottagna vågformer, vanligtvis med användning av kontinuerliga våg- eller pulsmoduleringssignaler. ITOF kan använda standardbildssensorarkitekturer och mäta ljusintensitet över tid.

ITOF är vidare indelad i kontinuerlig vågmodulering (CW-itof) och pulsmodulering (pulserad itof). CW-itof mäter fasförskjutningen mellan emitterade och mottagna sinusformade vågor, medan pulserad-beräknar fasförskjutning med kvadratvågsignaler.

Futher Reading:

Wikipedia. (ND). Flygtid. Hämtad frånhttps://en.wikipedia.org/wiki/time_of_flight
Sony Semiconductor Solutions Group. (ND). TOF (flygtid) | Vanlig teknik för bildsensorer. Hämtad frånhttps://www.sony-semicon.com/en/technologies/tof
Microsoft. (2021, 4 februari). Intro till Microsoft Time of Flight (TOF) - Azure Djup -plattform. Hämtad frånhttps://devblogs.microsoft.com/azure-depth-platform/intro-to-microsoft time-oflight-tof
Escatec. (2023, 2 mars). Time of Flight (TOF) sensorer: en djupgående översikt och applikationer. Hämtad frånhttps://www.escatec.com/news/time-flight-tof-sensors-an- in-depth-overview-and-applications

Från webbsidanhttps://faster-than-light.net/tofsystem_c1/

av författaren: Chao Guang

Ansvarsfriskrivning:

Vi förklarar härmed att några av de bilder som visas på vår webbplats samlas in från Internet och Wikipedia, i syfte att främja utbildning och informationsdelning. Vi respekterar alla skapares immateriella rättigheter. Användningen av dessa bilder är inte avsedd för kommersiell vinst.

Om du tror att något av innehållet som används bryter mot din upphovsrätt, vänligen kontakta oss. Vi är mer än villiga att vidta lämpliga åtgärder, inklusive att ta bort bilder eller tillhandahålla korrekt tillskrivning, för att säkerställa efterlevnad av immateriella lagar och förordningar. Vårt mål är att upprätthålla en plattform som är rik på innehåll, rättvis och respekterar andras immateriella rättigheter.

Kontakta oss på följande e -postadress:sales@lumispot.cn. Vi åtar oss att vidta omedelbara åtgärder när vi får någon anmälan och garanterar 100% samarbete för att lösa sådana frågor.