Նորություններ - TOF (Թռիչքի ժամանակ) համակարգի հիմնական սկզբունքը և կիրառումը

Բաժանորդագրվեք մեր սոցիալական մեդիայիը՝ արագ գրառման համար

Այս շարքը նպատակ ունի ընթերցողներին տրամադրել Թռիչքի ժամանակի (TOF) համակարգի խորը և առաջադեմ պատկերացում: Բովանդակությունը ներառում է TOF համակարգերի համապարփակ ակնարկ՝ ներառյալ անուղղակի TOF-ի (iTOF) և ուղղակի TOF-ի (dTOF) մանրամասն բացատրությունները: Այս բաժինները խորանում են համակարգի պարամետրերի, դրանց առավելությունների և թերությունների, ինչպես նաև տարբեր ալգորիթմների մեջ: Հոդվածը նաև ուսումնասիրում է TOF համակարգերի տարբեր բաղադրիչները, ինչպիսիք են ուղղահայաց խոռոչի մակերեսային լազերները (VCSEL), փոխանցման և ընդունման ոսպնյակները, ստացող սենսորները, ինչպիսիք են CIS, APD, SPAD, SiPM և վարորդական սխեմաներ, ինչպիսիք են ASIC-ը:

Ներածություն TOF-ին (Թռիչքի ժամանակ)

Հիմնական սկզբունքներ

TOF-ը, որը նշանակում է թռիչքի ժամանակ, մեթոդ է, որն օգտագործվում է հեռավորությունը չափելու համար՝ հաշվարկելով այն ժամանակը, որը պահանջվում է լույսի համար որոշակի տարածություն անցնելու միջավայրում: Այս սկզբունքը հիմնականում կիրառվում է օպտիկական TOF սցենարներում և համեմատաբար պարզ է: Գործընթացը ներառում է լույսի աղբյուրը, որը արձակում է լույսի ճառագայթ և գրանցվում է արտանետման ժամանակը: Այնուհետև այս լույսը արտացոլվում է թիրախից, գրավվում է ստացողի կողմից և նշվում է ընդունման ժամանակը: Այս ժամանակների տարբերությունը, որը նշվում է որպես t, որոշում է հեռավորությունը (d = լույսի արագություն (c) × t / 2):

ToF սենսորների տեսակները

Գոյություն ունեն ToF սենսորների երկու հիմնական տեսակ՝ օպտիկական և էլեկտրամագնիսական: Օպտիկական ToF սենսորները, որոնք ավելի տարածված են, օգտագործում են լույսի իմպուլսներ, սովորաբար ինֆրակարմիր տիրույթում, հեռավորության չափման համար: Այս իմպուլսները արտանետվում են սենսորից, արտացոլվում են առարկայից և վերադառնում սենսոր, որտեղ չափվում է ճանապարհորդության ժամանակը և օգտագործվում հեռավորությունը հաշվարկելու համար: Ի հակադրություն, էլեկտրամագնիսական ToF սենսորները օգտագործում են էլեկտրամագնիսական ալիքներ, ինչպիսիք են ռադարը կամ լիդարը, հեռավորությունը չափելու համար: Նրանք գործում են նույն սկզբունքով, բայց օգտագործում են այլ միջավայրհեռավորության չափում.

ToF սենսորների կիրառությունները

ToF սենսորները բազմակողմանի են և ինտեգրվել են տարբեր ոլորտներում.

Ռոբոտաշինություն:Օգտագործվում է խոչընդոտների հայտնաբերման և նավիգացիայի համար: Օրինակ, ռոբոտները, ինչպիսիք են Roomba-ն և Boston Dynamics' Atlas-ը, օգտագործում են ToF խորության տեսախցիկներ՝ իրենց շրջապատը քարտեզագրելու և շարժումները պլանավորելու համար:

Անվտանգության համակարգեր:Ընդհանուր շարժման սենսորներ՝ ներխուժողներին հայտնաբերելու, ահազանգեր գործարկելու կամ տեսախցիկի համակարգերն ակտիվացնելու համար:

Ավտոմոբիլային արդյունաբերություն:Ներառված է վարորդին աջակցող համակարգերում՝ հարմարվողական նավարկության կառավարման և բախումներից խուսափելու համար՝ գնալով ավելի տարածված դառնալով տրանսպորտային միջոցների նոր մոդելներում:

Բժշկական ոլորտՕգտագործվում է ոչ ինվազիվ պատկերավորման և ախտորոշման մեջ, ինչպիսին է օպտիկական կոհերենսային տոմոգրաֆիան (OCT), որը ստեղծում է հյուսվածքների բարձր լուծաչափ պատկերներ:

Սպառողական էլեկտրոնիկաԻնտեգրված է սմարթֆոնների, պլանշետների և նոութբուքերի մեջ այնպիսի գործառույթների համար, ինչպիսիք են դեմքի ճանաչումը, կենսաչափական նույնականացումը և ժեստերի ճանաչումը:

Դրոններ.Օգտագործվում է նավիգացիայի, բախումներից խուսափելու և գաղտնիության և ավիացիայի հետ կապված խնդիրների լուծման համար

TOF System Architecture

Տիպիկ TOF համակարգը բաղկացած է մի քանի հիմնական բաղադրիչներից՝ հասնելու հեռավորության չափմանը, ինչպես նկարագրված է.

· Հաղորդիչ (Tx):Սա ներառում է լազերային լույսի աղբյուր, հիմնականում աVCSEL, վարորդական միացում ASIC՝ լազերը վարելու համար, և օպտիկական բաղադրամասեր՝ ճառագայթների վերահսկման համար, ինչպիսիք են կոլիմացիոն ոսպնյակները կամ դիֆրակցիոն օպտիկական տարրերը և զտիչները։
· Ընդունիչ (Rx):Սա բաղկացած է ոսպնյակներից և ֆիլտրերից՝ ստացողի վերջում, տվիչներից, ինչպիսիք են CIS, SPAD կամ SiPM՝ կախված TOF համակարգից, և պատկերի ազդանշանի պրոցեսոր (ISP)՝ ստացողի չիպից մեծ քանակությամբ տվյալների մշակման համար:
·Էլեկտրաէներգիայի կառավարում.Կայուն կառավարումVCSEL-ների ընթացիկ կառավարումը և SPAD-ների համար բարձր լարումը շատ կարևոր է, ինչը պահանջում է հզոր էներգիայի կառավարում:
· Ծրագրաշարի շերտ.Սա ներառում է որոնվածը, SDK-ն, ՕՀ-ն և հավելվածի շերտը:

Ճարտարապետությունը ցույց է տալիս, թե ինչպես է լազերային ճառագայթը, որը ծագում է VCSEL-ից և փոփոխվում է օպտիկական բաղադրիչներով, ճանապարհորդում է տարածության միջով, արտացոլվում առարկայից և վերադառնում ընդունիչ: Այս գործընթացում ժամանակի հետաձգման հաշվարկը բացահայտում է հեռավորության կամ խորության մասին տեղեկատվությունը: Այնուամենայնիվ, այս ճարտարապետությունը չի ներառում աղմուկի ուղիները, ինչպիսիք են արևի լույսի հետևանքով առաջացած աղմուկը կամ արտացոլումներից առաջացած աղմուկը, որոնք կքննարկվեն հետագա շարքում:

TOF համակարգերի դասակարգում

TOF համակարգերը հիմնականում դասակարգվում են ըստ իրենց հեռավորության չափման տեխնիկայի՝ ուղղակի TOF (dTOF) և անուղղակի TOF (iTOF), որոնցից յուրաքանչյուրն ունի տարբեր ապարատային և ալգորիթմական մոտեցումներ: Շարքն ի սկզբանե ուրվագծում է դրանց սկզբունքները, նախքան դրանց առավելությունների, մարտահրավերների և համակարգի պարամետրերի համեմատական վերլուծության մեջ խորանալը:

Չնայած TOF-ի պարզ թվացող սկզբունքին՝ լույսի իմպուլս արձակելով և հեռավորությունը հաշվարկելու համար դրա վերադարձի հայտնաբերում, բարդությունը կայանում է նրանում, որ վերադարձող լույսը տարբերվի շրջակա լույսից: Սա լուծվում է բավականաչափ պայծառ լույս արձակելով՝ ազդանշան-աղմուկ բարձր հարաբերակցության հասնելու համար և ընտրելով համապատասխան ալիքի երկարություններ՝ շրջակա միջավայրի լույսի միջամտությունը նվազագույնի հասցնելու համար: Մեկ այլ մոտեցում է արտանետվող լույսի կոդավորումը, որպեսզի այն տարբերվի վերադարձից հետո, ինչպես SOS ազդանշանները լապտերով:

Շարքը սկսում է համեմատել dTOF-ը և iTOF-ը՝ մանրամասնորեն քննարկելով դրանց տարբերությունները, առավելություններն ու մարտահրավերները, և հետագայում դասակարգում է TOF համակարգերը՝ հիմնվելով նրանց տրամադրած տեղեկատվության բարդության վրա՝ 1D TOF-ից մինչև 3D TOF:

dTOF

Direct TOF-ն ուղղակիորեն չափում է ֆոտոնի թռիչքի ժամանակը: Դրա հիմնական բաղադրիչը՝ Single Photon Avalanche Diode-ը (SPAD), բավականաչափ զգայուն է առանձին ֆոտոններ հայտնաբերելու համար: dTOF-ն օգտագործում է Time Correlated Single Photon Counting (TCSPC)՝ ֆոտոնների ժամանումի ժամանակը չափելու համար՝ կառուցելով հիստոգրամ՝ որոշ ժամանակային տարբերության ամենաբարձր հաճախականության վրա հիմնված ամենահավանական հեռավորությունը պարզելու համար:

iTOF

Անուղղակի TOF-ը հաշվարկում է թռիչքի ժամանակը՝ ելնելով արտանետվող և ստացված ալիքային ձևերի փուլային տարբերությունից՝ սովորաբար օգտագործելով շարունակական ալիքի կամ իմպուլսային մոդուլյացիայի ազդանշաններ: iTOF-ը կարող է օգտագործել պատկերի սենսորների ստանդարտ ճարտարապետություններ՝ ժամանակի ընթացքում չափելով լույսի ինտենսիվությունը:

iTOF-ը հետագայում բաժանվում է շարունակական ալիքի մոդուլյացիայի (CW-iTOF) և իմպուլսային մոդուլյացիայի (Pulsed-iTOF): CW-iTOF-ը չափում է փուլային տեղաշարժը արտանետվող և ստացված սինուսոիդային ալիքների միջև, մինչդեռ Pulsed-iTOF-ը հաշվարկում է փուլային տեղաշարժը՝ օգտագործելով քառակուսի ալիքի ազդանշանները:

Հետագա ընթերցում.

Վիքիպեդիա. (րդ): Թռիչքի ժամանակը. Վերցված էhttps://en.wikipedia.org/wiki/Time_of_flight
Sony Semiconductor Solutions Group. (րդ): ToF (Թռիչքի ժամանակ) | Պատկերային տվիչների ընդհանուր տեխնոլոգիա: Վերցված էhttps://www.sony-semicon.com/en/technologies/tof
Microsoft-ը։ (2021, փետրվարի 4)։ Microsoft Time Of Flight (ToF) ներածություն - Azure Depth հարթակ: Վերցված էhttps://devblogs.microsoft.com/azure-depth-platform/intro-to-microsoft-time-of-flight-tof
ESCATEC. (2023, մարտի 2)։ Թռիչքի ժամանակի (TOF) սենսորներ. խորը ակնարկ և կիրառություններ: Վերցված էhttps://www.escatec.com/news/time-of-flight-tof-sensors-an-in-depth-overview-and-applications

Վեբ էջիցhttps://faster-than-light.net/TOFSystem_C1/

հեղինակ՝ Չաո Գուանգ

Հրաժարում պատասխանատվությունից:

Սույնով մենք հայտարարում ենք, որ մեր կայքում ցուցադրված որոշ պատկերներ հավաքված են համացանցից և Վիքիպեդիայից՝ նպատակ ունենալով խթանել կրթությունը և տեղեկատվության փոխանակումը: Մենք հարգում ենք բոլոր ստեղծագործողների մտավոր սեփականության իրավունքները: Այս պատկերների օգտագործումը նախատեսված չէ կոմերցիոն շահի համար:

Եթե կարծում եք, որ օգտագործված բովանդակությունից որևէ մեկը խախտում է ձեր հեղինակային իրավունքները, խնդրում ենք կապվել մեզ հետ: Մենք ավելի քան պատրաստ ենք համապատասխան միջոցներ ձեռնարկել, ներառյալ պատկերների հեռացումը կամ պատշաճ վերագրումը ապահովելու համար մտավոր սեփականության մասին օրենքներին և կանոնակարգերին համապատասխանելը: Մեր նպատակն է պահպանել հարթակ, որը հարուստ է բովանդակությամբ, արդար է և հարգում է այլոց մտավոր սեփականության իրավունքները:

Խնդրում ենք կապվել մեզ հետ հետևյալ էլ. հասցեով.sales@lumispot.cn. Մենք պարտավորվում ենք անհապաղ միջոցներ ձեռնարկել ցանկացած ծանուցում ստանալուց հետո և երաշխավորում ենք 100% համագործակցություն նման խնդիրների լուծման համար: