Balita - Pangunahing Prinsipyo at aplikasyon ng TOF (Time of Flight) System

Mag-subscribe sa aming Social Media para sa mga Post na Mabilis

Nilalayon ng seryeng ito na bigyan ang mga mambabasa ng malalim at progresibong pag-unawa sa Time of Flight (TOF) system. Saklaw ng nilalaman ang isang komprehensibong pangkalahatang-ideya ng mga TOF system, kabilang ang mga detalyadong paliwanag ng parehong indirect TOF (iTOF) at direct TOF (dTOF). Sinusuri ng mga seksyong ito ang mga parameter ng system, ang kanilang mga bentahe at disbentaha, at iba't ibang algorithm. Sinusuri rin ng artikulo ang iba't ibang bahagi ng mga TOF system, tulad ng Vertical Cavity Surface Emitting Lasers (VCSEL), mga transmission at reception lens, mga receiving sensor tulad ng CIS, APD, SPAD, SiPM, at mga driver circuit tulad ng ASIC.

Panimula sa TOF (Oras ng Paglipad)

Mga Pangunahing Prinsipyo

Ang TOF, na nangangahulugang Time of Flight, ay isang paraan na ginagamit upang sukatin ang distansya sa pamamagitan ng pagkalkula ng oras na kinakailangan para maglakbay ang liwanag sa isang partikular na distansya sa isang medium. Ang prinsipyong ito ay pangunahing inilalapat sa mga optical TOF scenario at medyo diretso. Ang proseso ay kinabibilangan ng isang pinagmumulan ng liwanag na naglalabas ng sinag ng liwanag, kung saan naitala ang oras ng paglabas. Ang liwanag na ito ay muling sumasalamin sa isang target, kinukuha ng isang receiver, at itinatala ang oras ng pagtanggap. Ang pagkakaiba sa mga oras na ito, na tinutukoy bilang t, ang tumutukoy sa distansya (d = bilis ng liwanag (c) × t / 2).

Mga Uri ng ToF Sensor

Mayroong dalawang pangunahing uri ng mga ToF sensor: optical at electromagnetic. Ang mga optical ToF sensor, na mas karaniwan, ay gumagamit ng mga light pulse, kadalasan sa infrared range, para sa pagsukat ng distansya. Ang mga pulse na ito ay inilalabas mula sa sensor, nagrereflect sa isang bagay, at bumabalik sa sensor, kung saan sinusukat ang travel time at ginagamit upang kalkulahin ang distansya. Sa kabaligtaran, ang mga electromagnetic ToF sensor ay gumagamit ng mga electromagnetic wave, tulad ng radar o lidar, upang sukatin ang distansya. Gumagana ang mga ito sa katulad na prinsipyo ngunit gumagamit ng ibang medium para sa...pagsukat ng distansya.

Mga Aplikasyon ng mga ToF Sensor

Ang mga sensor ng ToF ay maraming gamit at isinama na sa iba't ibang larangan:

Robotika:Ginagamit para sa pagtukoy at pag-navigate sa mga balakid. Halimbawa, ang mga robot tulad ng Roomba at ang Atlas ng Boston Dynamics ay gumagamit ng mga ToF depth camera para sa pagmamapa ng kanilang kapaligiran at pagpaplano ng mga galaw.

Mga Sistema ng Seguridad:Karaniwan sa mga sensor ng paggalaw para sa pagtukoy ng mga nanghihimasok, pag-trigger ng mga alarma, o pag-activate ng mga sistema ng camera.

Industriya ng Sasakyan:Isinama sa mga driver-assist system para sa adaptive cruise control at pag-iwas sa banggaan, na nagiging lalong laganap sa mga bagong modelo ng sasakyan.

Larangan ng MedisinaGinagamit sa mga di-invasive na imaging at diagnostic, tulad ng optical coherence tomography (OCT), na gumagawa ng mga high-resolution na imahe ng tissue...

Mga Elektronikong PangkonsumoIsinama sa mga smartphone, tablet, at laptop para sa mga feature tulad ng facial recognition, biometric authentication, at gesture recognition.

Mga Drone:Ginagamit para sa nabigasyon, pag-iwas sa banggaan, at sa pagtugon sa mga alalahanin sa privacy at abyasyon

Arkitektura ng Sistema ng TOF

Ang isang tipikal na sistema ng TOF ay binubuo ng ilang mahahalagang bahagi upang makamit ang pagsukat ng distansya gaya ng inilarawan:

· Transmitter (Tx):Kabilang dito ang isang pinagmumulan ng liwanag ng laser, pangunahin na isangVCSEL, isang driver circuit na ASIC upang patakbuhin ang laser, at mga optical component para sa beam control tulad ng mga collimating lens o diffractive optical elements, at mga filter.
· Tagatanggap (Rx):Binubuo ito ng mga lente at filter sa receiver end, mga sensor tulad ng CIS, SPAD, o SiPM depende sa TOF system, at isang Image Signal Processor (ISP) para sa pagproseso ng malalaking dami ng data mula sa receiver chip.
·Pamamahala ng Kuryente:Pamamahala ng matatagAng pagkontrol ng kuryente para sa mga VCSEL at mataas na boltahe para sa mga SPAD ay mahalaga, na nangangailangan ng mahusay na pamamahala ng kuryente.
· Layer ng Software:Kabilang dito ang firmware, SDK, OS, at application layer.

Ipinapakita ng arkitektura kung paano ang isang laser beam, na nagmumula sa VCSEL at binago ng mga optical component, ay naglalakbay sa kalawakan, nagrereflect sa isang bagay, at bumabalik sa receiver. Ang pagkalkula ng time lapse sa prosesong ito ay nagpapakita ng impormasyon tungkol sa distansya o lalim. Gayunpaman, hindi sakop ng arkitekturang ito ang mga path ng ingay, tulad ng ingay na dulot ng sikat ng araw o ingay na may maraming path mula sa mga repleksyon, na tatalakayin sa susunod na bahagi ng serye.

Pag-uuri ng mga Sistemang TOF

Ang mga sistemang TOF ay pangunahing ikinakategorya ayon sa kanilang mga pamamaraan sa pagsukat ng distansya: direktang TOF (dTOF) at hindi direktang TOF (iTOF), bawat isa ay may natatanging hardware at algorithmic na pamamaraan. Sa simula, binabalangkas ng serye ang kanilang mga prinsipyo bago talakayin ang isang paghahambing na pagsusuri ng kanilang mga bentahe, hamon, at mga parameter ng sistema.

Sa kabila ng tila simpleng prinsipyo ng TOF – ang paglalabas ng pulso ng liwanag at pagtukoy sa pagbabalik nito upang kalkulahin ang distansya – ang kasalimuotan ay nakasalalay sa pagkakaiba ng bumabalik na liwanag mula sa nakapaligid na liwanag. Ito ay tinutugunan sa pamamagitan ng paglalabas ng sapat na maliwanag na liwanag upang makamit ang mataas na signal-to-noise ratio at pagpili ng mga naaangkop na wavelength upang mabawasan ang interference ng liwanag sa kapaligiran. Ang isa pang paraan ay ang pag-encode ng inilalabas na liwanag upang maging malinaw ito sa pagbabalik, katulad ng mga SOS signal na may flashlight.

Itinutuloy ng serye ang paghahambing ng dTOF at iTOF, tinatalakay nang detalyado ang kanilang mga pagkakaiba, kalamangan, at mga hamon, at higit pang ikinategorya ang mga sistemang TOF batay sa kasalimuotan ng impormasyong ibinibigay ng mga ito, mula 1D TOF hanggang 3D TOF.

dTOF

Direktang sinusukat ng Direct TOF ang oras ng paglipad ng photon. Ang pangunahing bahagi nito, ang Single Photon Avalanche Diode (SPAD), ay sapat na sensitibo upang matukoy ang mga indibidwal na photon. Ginagamit ng dTOF ang Time Correlated Single Photon Counting (TCSPC) upang sukatin ang oras ng pagdating ng mga photon, na bumubuo ng isang histogram upang mahinuha ang pinakamalamang na distansya batay sa pinakamataas na dalas ng isang partikular na pagkakaiba sa oras.

iTOF

Kinakalkula ng Indirect TOF ang oras ng paglipad batay sa pagkakaiba ng phase sa pagitan ng mga waveform na inilalabas at natatanggap, karaniwang gumagamit ng mga signal ng continuous wave o pulse modulation. Maaaring gumamit ang iTOF ng mga karaniwang arkitektura ng image sensor, na sumusukat sa intensity ng liwanag sa paglipas ng panahon.

Ang iTOF ay nahahati pa sa continuous wave modulation (CW-iTOF) at pulse modulation (Pulsed-iTOF). Sinusukat ng CW-iTOF ang phase shift sa pagitan ng mga sinusoidal waves na inilalabas at natatanggap, habang kinakalkula naman ng Pulsed-iTOF ang phase shift gamit ang mga square wave signal.

Karagdagang Babasahin:

Wikipedia. (nd). Oras ng paglipad. Kinuha mula sahttps://tl.wikipedia.org/wiki/Oras_ng_paglipad
Sony Semiconductor Solutions Group. (nd). ToF (Oras ng Paglipad) | Karaniwang Teknolohiya ng mga Sensor ng Imahe. Kinuha mula sahttps://www.sony-semicon.com/en/technologies/tof
Microsoft. (2021, Pebrero 4). Panimula sa Microsoft Time Of Flight (ToF) - Azure Depth Platform. Kinuha mula sahttps://devblogs.microsoft.com/azure-depth-platform/intro-to-microsoft-time-of-flight-tof
ESCATEC. (2023, Marso 2). Mga Sensor ng Time of Flight (TOF): Isang Malalim na Pangkalahatang-ideya at mga Aplikasyon. Kinuha mula sahttps://www.escatec.com/news/time-of-flight-tof-sensors-an-in-depth-overview-and-applications

Mula sa web pagehttps://faster-than-light.net/TOFSystem_C1/

ng awtor: Chao Guang

Pagtatanggi:

Ipinapahayag namin na ang ilan sa mga larawang ipinapakita sa aming website ay kinolekta mula sa Internet at Wikipedia, na may layuning itaguyod ang edukasyon at pagbabahagi ng impormasyon. Iginagalang namin ang mga karapatan sa intelektwal na ari-arian ng lahat ng mga tagalikha. Ang paggamit ng mga larawang ito ay hindi inilaan para sa komersyal na pakinabang.

Kung naniniwala kang may alinman sa nilalamang ginamit na lumalabag sa iyong karapatang-ari, mangyaring makipag-ugnayan sa amin. Handa kaming gumawa ng mga naaangkop na hakbang, kabilang ang pag-alis ng mga larawan o pagbibigay ng wastong pagpapatungkol, upang matiyak ang pagsunod sa mga batas at regulasyon sa intelektwal na ari-arian. Ang aming layunin ay mapanatili ang isang plataporma na mayaman sa nilalaman, patas, at nirerespeto ang mga karapatan sa intelektwal na ari-arian ng iba.

Mangyaring makipag-ugnayan sa amin sa sumusunod na email address:sales@lumispot.cnNangangako kaming gagawa agad ng aksyon sa oras na matanggap ang anumang abiso at ginagarantiyahan ang 100% kooperasyon sa paglutas ng anumang naturang isyu.