Noticias - Principio básico e aplicación do sistema TOF (Tempo de voo)

Suscríbete aos nosos medios sociais para a publicación rápida

Esta serie pretende proporcionar aos lectores unha comprensión en profundidade e progresiva do sistema de voo (TOF). O contido abrangue unha visión xeral dos sistemas TOF, incluíndo explicacións detalladas tanto de TOF indirecto (ITOF) como de TOF directo (DTOF). Estas seccións afondan nos parámetros do sistema, as súas vantaxes e desvantaxes e varios algoritmos. O artigo tamén explora os distintos compoñentes dos sistemas TOF, como os láseres emisores da superficie da cavidade vertical (VCSELs), as lentes de transmisión e recepción, recibindo sensores como CIS, APD, SPAD, SIPM e circuítos de controladores como ASICS.

Introdución a TOF (Tempo de voo)

Principios básicos

TOF, de pé para o voo, é un método usado para medir a distancia calculando o tempo que leva a luz para percorrer unha certa distancia nun medio. Este principio aplícase principalmente en escenarios de TOF ópticos e é relativamente sinxelo. O proceso implica unha fonte de luz que emite un feixe de luz, co tempo de emisión rexistrada. Esta luz reflicte entón un obxectivo, é capturado por un receptor e nótase o tempo de recepción. A diferenza nestes tempos, denotada como t, determina a distancia (d = velocidade da luz (c) × t / 2).

Tipos de sensores TOF

Hai dous tipos primarios de sensores TOF: ópticos e electromagnéticos. Os sensores TOF ópticos, que son máis comúns, utilizan pulsos de luz, normalmente no rango de infravermellos, para a medición da distancia. Estes pulsos emítense desde o sensor, reflicten un obxecto e volven ao sensor, onde se mide o tempo de viaxe e úsase para calcular a distancia. En contraste, os sensores TOF electromagnéticos usan ondas electromagnéticas, como o radar ou o lidar, para medir a distancia. Operan cun principio similar pero usan un medio diferente paraMedición da distancia.

Aplicacións de sensores TOF

Os sensores TOF son versátiles e integráronse en varios campos:

Robótica:Usado para a detección e navegación de obstáculos. Por exemplo, robots como Roomba e Boston Dynamics 'Atlas empregan cámaras de profundidade TOF para mapear o seu entorno e os movementos de planificación.

Sistemas de seguridade:Sensores comúns en movemento para detectar intrusos, desencadear alarmas ou activar sistemas de cámaras.

Industria automotriz:Incorporado en sistemas de asistencia de condutores para o control de cruceiros adaptativo e a evitación de colisións, cada vez máis prevalente nos novos modelos de vehículos.

Campo médico: Empregado en imaxes e diagnósticos non invasivos, como a tomografía de coherencia óptica (OCT), producindo imaxes de tecido de alta resolución.

Electrónica de consumo: Integrado en teléfonos intelixentes, tabletas e portátiles para funcións como recoñecemento facial, autenticación biométrica e recoñecemento de xestos.

Drons:Utilizado para a navegación, evitación de colisións e para tratar as preocupacións sobre a privacidade e a aviación

Arquitectura do sistema TOF

Un sistema TOF típico consta de varios compoñentes clave para lograr a medición da distancia como se describe:

· Transmisor (TX):Isto inclúe unha fonte de luz láser, principalmente aVCSEL, un circuíto de condutores ASIC para conducir o láser e compoñentes ópticos para o control de feixe como lentes colimantes ou elementos ópticos difractivos e filtros.
· Receptor (rx):Este consiste en lentes e filtros no extremo receptor, sensores como CIS, SPAD ou SIPM dependendo do sistema TOF e un procesador de sinal de imaxe (ISP) para procesar grandes cantidades de datos do chip do receptor.
·Xestión da enerxía:Xestionar estableÉ crucial o control actual de VCSELS e alta tensión para SPADS, requirindo unha xestión de enerxía robusta.
· Capa de software:Isto inclúe firmware, SDK, SO e capa de aplicacións.

A arquitectura demostra como un feixe láser, orixinario do VCSEL e modificado por compoñentes ópticos, viaxa a través do espazo, reflicte un obxecto e volve ao receptor. O cálculo do lapso de tempo neste proceso revela información de distancia ou profundidade. Non obstante, esta arquitectura non abarca camiños de ruído, como o ruído inducido pola luz solar ou o ruído de varias rutas das reflexións, que se discuten máis adiante na serie.

Clasificación dos sistemas TOF

Os sistemas TOF están clasificados principalmente polas súas técnicas de medición de distancia: TOF directo (DTOF) e TOF indirecto (ITOF), cada un con distintos enfoques de hardware e algorítmicos. A serie describe inicialmente os seus principios antes de afondar nunha análise comparativa das súas vantaxes, retos e parámetros do sistema.

A pesar do principio aparentemente sinxelo de TOF, emitindo un pulso de luz e detectando o seu regreso para calcular a distancia - a complexidade reside en diferenciar a luz de retorno da luz ambiente. Isto diríxese emitindo luz suficientemente brillante para conseguir unha alta relación sinal-ruído e seleccionando lonxitudes de onda apropiadas para minimizar a interferencia da luz ambiental. Outro enfoque é codificar a luz emitida para facelo distinguible ao retorno, similar aos sinais SOS cunha lanterna.

A serie procede a comparar DTOF e ITOF, discutindo as súas diferenzas, vantaxes e retos en detalle e clasifica aínda máis os sistemas TOF en función da complexidade da información que proporcionan, que van desde 1D TOF a 3D TOF.

dtof

O TOF directo mide directamente o tempo de voo do fotón. O seu compoñente clave, o único diodo de avalancha de fotóns (SPAD), é o suficientemente sensible como para detectar fotóns simples. DTOF emprega o tempo correlacionado con contas de fotóns individuais (TCSPC) para medir o tempo das chegadas de fotóns, construíndo un histograma para deducir a distancia máis probable en función da maior frecuencia dunha diferenza de tempo determinada.

ito

O TOF indirecto calcula o tempo de voo en función da diferenza de fase entre as formas de onda emitidas e recibidas, usando normalmente sinais de modulación de onda continua ou pulso. ITOF pode usar arquitecturas de sensores de imaxe estándar, medindo a intensidade da luz ao longo do tempo.

O ITOF divídese aínda máis en modulación de ondas continuas (CW-ITOF) e modulación de pulso (pulsado-ITOF). CW-ItOf mide o cambio de fase entre as ondas sinusoides emitidas e recibidas, mentres que o pulsado calcula o cambio de fase mediante sinais de onda cadrada.

Lectura máis alta:

Wikipedia. (ND). Tempo de voo. Recuperado dehttps://es.wikipedia.org/wiki/time_of_flight
Grupo de solucións de Semiconductor Sony. (ND). TOF (Tempo de voo) | Tecnoloxía común dos sensores de imaxe. Recuperado dehttps://www.sony-semicon.com/en/technologies/tof
Microsoft. (2021, 4 de febreiro). Introducción a Microsoft Time of Flight (TOF) - plataforma de profundidade Azure. Recuperado dehttps://devblogs.microsoft.com/azure-depth-platform/intro-to-microsoft-time-of-flight-tof
Escatec. (2023, 2 de marzo). Tempo de voo (TOF) Sensores: unha visión xeral e aplicacións en profundidade. Recuperado dehttps://www.escatec.com/news/time-of-flight-tof-sensors-an-in-depth-overview-and--aplicacións

Desde a páxina webhttps://faster-than-light.net/tofsystem_c1/

Polo autor: Chao Guang

Renuncia:

Declaramos que algunhas das imaxes amosadas no noso sitio web están recollidas de Internet e Wikipedia, co obxectivo de promover a educación e o intercambio de información. Respectamos os dereitos de propiedade intelectual de todos os creadores. O uso destas imaxes non está destinado a ganancias comerciais.

Se cre que calquera dos contidos empregados viola os seus dereitos de autor, póñase en contacto connosco. Estamos máis que dispostos a tomar as medidas adecuadas, incluíndo a eliminación de imaxes ou proporcionar unha atribución adecuada, para garantir o cumprimento das leis e regulamentos de propiedade intelectual. O noso obxectivo é manter unha plataforma rica en contido, xusta e respecta os dereitos de propiedade intelectual doutros.

Póñase en contacto connosco no seguinte enderezo de correo electrónico:sales@lumispot.cn. Comprometémonos a tomar medidas inmediatas ao recibir ningunha notificación e garantir a cooperación ao 100% para resolver tales problemas.