Notícies: principi bàsic i aplicació del sistema TOF (temps de vol)

Subscriviu -vos a les nostres xarxes socials per a la publicació ràpida

Aquesta sèrie té com a objectiu proporcionar als lectors una comprensió en profunditat i progressiva del sistema de temps de vol (TOF). El contingut cobreix una visió general completa dels sistemes TOF, incloent explicacions detallades tant de TOF indirecte (ITOF) com de TOF directe (DTOF). Aquestes seccions aprofundeixen en paràmetres del sistema, els seus avantatges i desavantatges i diversos algoritmes. L’article també explora els diferents components dels sistemes TOF, com ara làsers emissors de superfície de cavitat vertical (VCSELS), lents de transmissió i recepció, recepció de sensors com CIS, APD, SPAD, SIPM i circuits de conductor com ASIC.

Introducció al TOF (hora del vol)

Principis bàsics

TOF, que es manté durant el temps de vol, és un mètode que s’utilitza per mesurar la distància calculant el temps que es necessita per recórrer una certa distància en un medi. Aquest principi s’aplica principalment en escenaris de TOF òptics i és relativament senzill. El procés implica una font de llum que emeti un feix de llum, amb el temps d’emissió registrat. A continuació, aquesta llum reflecteix un objectiu, és capturat per un receptor i es nota el temps de recepció. La diferència en aquests temps, denotada com a T, determina la distància (d = velocitat de la llum (C) × T / 2).

Tipus de sensors TOF

Hi ha dos tipus primaris de sensors TOF: òptics i electromagnètics. Sensors TOF òptics, que són més comuns, utilitzen polsos de llum, normalment en el rang d’infrarojos, per a la mesura de distància. Aquests polsos s’emeten del sensor, reflecteixen un objecte i tornen al sensor, on es mesura el temps de viatge i s’utilitza per calcular la distància. En canvi, els sensors de TOF electromagnètics utilitzen ones electromagnètiques, com el radar o el lidar, per mesurar la distància. Funcionen amb un principi similar, però utilitzen un mitjà diferent per amesura de distància.

Aplicacions de sensors TOF

Els sensors TOF són versàtils i s’han integrat en diversos camps:

Robòtica:S'utilitza per a la detecció i navegació d'obstacles. Per exemple, robots com Roomba i Boston Dynamics 'Atlas utilitzen càmeres de profunditat de tof per cartografiar els seus voltants i els moviments de planificació.

Sistemes de seguretat:Sensors de moviment comuns per detectar intrusos, desencadenar alarmes o activar sistemes de càmeres.

Indústria de l’automoció:Incorporat en sistemes assistents per a conductors per al control de creuers adaptatius i l’evitació de col·lisions, cada cop més prevalents en els nous models de vehicles.

Camp mèdic: Emprat en imatges i diagnòstics no invasius, com la tomografia de coherència òptica (OCT), produint imatges de teixit d'alta resolució.

Electrònica de consum: Integrat en telèfons intel·ligents, tauletes i ordinadors portàtils per a funcions com el reconeixement facial, l’autenticació biomètrica i el reconeixement de gestos.

Drones:Utilitzat per a la navegació, l’evitació de col·lisions i per afrontar les preocupacions de privadesa i aviació

Arquitectura del sistema TOF

Un sistema TOF típic consisteix en diversos components clau per aconseguir la mesura de distància tal com es descriu:

· Transmissor (TX):Inclou una font de llum làser, principalment aVCSEL, un circuit de controlador ASIC per conduir el làser i components òptics per al control de feixos com ara lents de col·limació o elements òptics difractius i filtres.
· Receptor (RX):Es tracta de lents i filtres a l’extrem receptor, sensors com CIS, SPAD o SIPM segons el sistema TOF i un processador de senyal d’imatge (ISP) per processar grans quantitats de dades del xip del receptor.
·Gestió de la potència:Gestió estableEl control de corrent per a VCSELS i alta tensió per a SPAD és crucial, requerint una gestió de potència robusta.
· Capa de programari:Inclou la capa de firmware, SDK, SO i APLICACIÓ.

L’arquitectura demostra com un feix làser, originari del VCSEL i modificat per components òptics, viatja per l’espai, reflecteix un objecte i torna al receptor. El càlcul de temps de temps en aquest procés revela informació de distància o profunditat. Tanmateix, aquesta arquitectura no cobreix camins de soroll, com el soroll induït pel sol o el soroll de diverses vies de reflexions, que es discuteixen més endavant a la sèrie.

Classificació dels sistemes TOF

Els sistemes TOF es classifiquen principalment per les seves tècniques de mesura de distància: TOF directe (DTOF) i TOF indirecte (ITOF), cadascun amb diferents enfocaments de maquinari i algorítmics. La sèrie inicialment descriu els seus principis abans d’aprofundir en una anàlisi comparativa dels seus avantatges, reptes i paràmetres del sistema.

Malgrat el principi aparentment senzill de TOF: emetre un pols de llum i detectar el seu retorn a la distància de la distància, la complexitat rau en la diferenciació de la llum que torna de la llum ambiental. Això s’aborda emetent una llum prou brillant per aconseguir una proporció senyal-soroll elevada i seleccionant longituds d’ona adequades per minimitzar la interferència de la llum ambiental. Un altre enfocament és codificar la llum emesa per distingir -la a la tornada, similar als senyals SOS amb una llanterna.

La sèrie procedeix a comparar DTOF i ITOF, discutint en detall les seves diferències, avantatges i reptes i categoritza encara més els sistemes TOF basats en la complexitat de la informació que proporcionen, que van des del TOF 1D fins al TOF 3D.

dtof

El TOF directe mesura directament el temps de vol del fotó. El seu component clau, el díode de Photon Avalanche (SPAD), és prou sensible per detectar fotons simples. El DTOF utilitza el recompte de fotons d’un sol temps correlat per temps (TCSPC) per mesurar el temps d’arribades de fotons, construint un histograma per deduir la distància més probable en funció de la freqüència més alta d’una diferència de temps determinada.

aquest

El TOF indirecte calcula el temps de vol en funció de la diferència de fase entre formes d'ona emeses i rebudes, generalment utilitzant senyals d'ona contínua o de modulació de pols. Es pot utilitzar arquitectures de sensors d’imatge estàndard, mesurant la intensitat de la llum amb el pas del temps.

ITOF es subdivideix en la modulació d'ona contínua (CW-ITOF) i la modulació de pols (polsada-ITOF). CW-ITOF mesura el canvi de fase entre les ones sinusoïdals emeses i rebudes, mentre que el polsat calcula el canvi de fase mitjançant senyals d’ona quadrada.

Lectura de Futher:

Viquipèdia. (nd). Temps de vol. Recuperat dehttps://en.wikipedia.org/wiki/time_of_flight
Grup de solucions de semiconductors de Sony. (nd). TOF (hora del vol) | Tecnologia comuna de sensors d’imatge. Recuperat dehttps://www.sony-semicon.com/en/technologies/tof
Microsoft. (2021, 4 de febrer). Introducció a Microsoft Time of Flight (TOF): plataforma de profunditat Azure. Recuperat dehttps://devblogs.microsoft.com/azure-depth-platform/intro-to-microsoft-time-of-phlight-tof
ESCATEC. (2023, 2 de març). Sensors de temps de vol (TOF): una visió general i aplicacions en profunditat. Recuperat dehttps://www.escatec.com/news/time-of-flight-tof-sensors-an-in-depth-overview-and-applications

Des de la pàgina webhttps://faster-than-light.net/tofsystem_c1/

Per l’autor: Chao Guang

Renúncia:

Per tant, declarem que algunes de les imatges que es mostren al nostre lloc web es recullen a Internet i a la Viquipèdia, amb l'objectiu de promoure l'educació i l'intercanvi d'informació. Respectem els drets de propietat intel·lectual de tots els creadors. L’ús d’aquestes imatges no està destinat a guanys comercials.

Si creieu que algun dels continguts utilitzats viola els vostres drets d’autor, poseu -vos en contacte amb nosaltres. Estem més que disposats a prendre mesures oportunes, incloent eliminar imatges o proporcionar una atribució adequada, per assegurar el compliment de les lleis i regulacions de propietat intel·lectual. El nostre objectiu és mantenir una plataforma rica en contingut, just i respecta els drets de propietat intel·lectual dels altres.

Poseu -vos en contacte amb nosaltres a la següent adreça de correu electrònic:sales@lumispot.cn. Ens comprometem a prendre mesures immediates en rebre cap notificació i garantir una cooperació al 100% en la resolució d’aquests problemes.