اخبار - اصل اساسی و کاربرد سیستم TOF (زمان پرواز)

برای ارسال سریع در رسانه های اجتماعی ما مشترک شوید

این سریال با هدف ارائه درک عمیق و مترقی از سیستم زمان پرواز (TOF) به خوانندگان ارائه می شود. این محتوا یک مرور کلی از سیستم های TOF ، از جمله توضیحات دقیق در مورد TOF غیرمستقیم (ITOF) و TOF مستقیم (DTOF) را در بر می گیرد. این بخش ها به پارامترهای سیستم ، مزایا و معایب آنها و الگوریتم های مختلف می پردازند. در این مقاله همچنین به بررسی اجزای مختلف سیستم های TOF ، مانند لیزرهای ساطع کننده سطح حفره عمودی (VCSEL) ، لنزهای انتقال و پذیرش ، سنسورهای دریافت کننده مانند CIS ، APD ، SPAD ، SIPM و مدارهای راننده مانند ASICS می پردازیم.

مقدمه ای برای TOF (زمان پرواز)

اصول اساسی

TOF ، ایستادن برای زمان پرواز ، روشی است که برای اندازه گیری فاصله با محاسبه زمان لازم برای نور برای طی کردن مسافت مشخص در یک محیط استفاده می شود. این اصل در درجه اول در سناریوهای TOF نوری اعمال می شود و نسبتاً ساده است. این فرایند شامل یک منبع نوری است که پرتوی نور را منتشر می کند ، با زمان انتشار ثبت شده. این چراغ سپس یک هدف را منعکس می کند ، توسط یک گیرنده اسیر می شود و زمان پذیرش ذکر می شود. تفاوت در این زمان ها ، مشخص شده به عنوان t ، فاصله (D = سرعت نور (C) × T / 2) را تعیین می کند.

انواع سنسورهای TOF

دو نوع اصلی سنسور TOF وجود دارد: نوری و الکترومغناطیسی. سنسورهای TOF نوری ، که رایج تر هستند ، از پالس های نور ، به طور معمول در محدوده مادون قرمز ، برای اندازه گیری فاصله استفاده می کنند. این پالس ها از سنسور ساطع می شوند ، یک جسم را منعکس می کنند و به سنسور باز می گردند ، جایی که زمان سفر اندازه گیری می شود و برای محاسبه فاصله استفاده می شود. در مقابل ، سنسورهای TOF الکترومغناطیسی از امواج الکترومغناطیسی مانند رادار یا لیدار برای اندازه گیری فاصله استفاده می کنند. آنها بر اساس یک اصل مشابه کار می کنند اما از یک رسانه متفاوت استفاده می کننداندازه گیری فاصله.

برنامه های سنسورهای TOF

سنسورهای TOF همه کاره هستند و در زمینه های مختلف ادغام شده اند:

رباتیک:برای تشخیص و ناوبری مانع استفاده می شود. به عنوان مثال ، روبات هایی مانند Atlas Roomba و Boston Dynamics از دوربین های عمق TOF برای نقشه برداری از محیط اطراف خود و برنامه ریزی حرکات استفاده می کنند.

سیستم های امنیتی:در سنسورهای حرکتی برای تشخیص متجاوزان ، تحریک آلارم یا فعال کردن سیستم های دوربین مشترک است.

صنعت خودرو:در سیستم های کمک کننده راننده برای کنترل تطبیقی کروز و جلوگیری از برخورد ، گنجانیده شده است ، و در مدل های جدید خودرو به طور فزاینده ای شیوع می یابد.

حوزه پزشکی: در تصویربرداری و تشخیص غیر تهاجمی ، مانند توموگرافی انسجام نوری (OCT) ، تولید تصاویر بافت با وضوح بالا.

لوازم الکترونیکی مصرفی: برای ویژگی هایی مانند تشخیص چهره ، احراز هویت بیومتریک و تشخیص ژست در تلفن های هوشمند ، تبلت ها و لپ تاپ ها ادغام شده است.

هواپیماهای بدون سرنشین:برای ناوبری ، جلوگیری از برخورد و در پرداختن به حریم خصوصی و نگرانی های حمل و نقل هوایی استفاده شده است

معماری سیستم توف

یک سیستم TOF معمولی از چندین مؤلفه اصلی برای دستیابی به اندازه گیری فاصله همانطور که شرح داده شده است تشکیل شده است:

· فرستنده (TX):این شامل یک منبع نور لیزر ، عمدتا aVCSEL، یک مدار درایور ASIC برای هدایت لیزر ، و اجزای نوری برای کنترل پرتو مانند لنزهای جمع کننده یا عناصر نوری پراکنده و فیلترها.
· گیرنده (RX):این شامل لنزها و فیلترها در انتهای دریافت ، سنسورهایی مانند CIS ، SPAD یا SIPM بسته به سیستم TOF و یک پردازنده سیگنال تصویر (ISP) برای پردازش مقادیر زیادی از داده ها از تراشه گیرنده است.
·مدیریت انرژی:مدیریت پایدارکنترل فعلی برای VCSEL و ولتاژ بالا برای SPAD بسیار مهم است و نیاز به مدیریت قدرت قوی دارد.
· لایه نرم افزاری:این شامل سیستم عامل ، SDK ، سیستم عامل و لایه برنامه است.

این معماری نشان می دهد که چگونه یک پرتو لیزر ، سرچشمه از VCSEL و اصلاح شده توسط اجزای نوری ، از طریق فضا سفر می کند ، یک شی را منعکس می کند و به گیرنده باز می گردد. محاسبه زمان در این فرآیند اطلاعات فاصله یا عمق را نشان می دهد. با این حال ، این معماری مسیرهای نویز ، مانند سر و صدای ناشی از نور خورشید یا نویز چند مسیر از بازتاب ، که بعداً در این سریال مورد بحث قرار می گیرد ، پوشش نمی دهد.

طبقه بندی سیستم های TOF

سیستم های TOF در درجه اول با تکنیک های اندازه گیری فاصله آنها طبقه بندی می شوند: TOF مستقیم (DTOF) و TOF غیرمستقیم (ITOF) ، هر کدام با سخت افزار و رویکردهای الگوریتمی مجزا. این سریال در ابتدا اصول آنها را قبل از ارائه تجزیه و تحلیل مقایسه ای از مزایا ، چالش ها و پارامترهای سیستم آنها تشریح می کند.

با وجود اصل به ظاهر ساده TOF - انتشار پالس نور و تشخیص بازگشت آن برای محاسبه فاصله - این پیچیدگی در تمایز نور بازگشت از نور محیط است. این امر با انتشار نور به اندازه کافی روشن برای دستیابی به یک نسبت سیگنال به نویز بالا و انتخاب طول موج مناسب برای به حداقل رساندن تداخل نور محیطی مورد استفاده قرار می گیرد. رویکرد دیگر رمزگذاری نور ساطع شده برای تمایز آن در هنگام بازگشت ، شبیه به سیگنال های SOS با چراغ قوه است.

این سریال به مقایسه DTOF و ITOF ، بحث در مورد تفاوت ها ، مزایا و چالش های آنها در جزئیات می پردازد و سیستم های TOF را بر اساس پیچیدگی اطلاعات ارائه شده ، از 1D TOF تا 3D TOF طبقه بندی می کند.

dtof

مستقیم TOF مستقیماً زمان پرواز فوتون را اندازه گیری می کند. مؤلفه اصلی آن ، دیود بهمن تک فوتون (SPAD) ، به اندازه کافی حساس است تا فوتون های منفرد را تشخیص دهد. DTOF برای اندازه گیری زمان ورود فوتون ، از شمارش فوتون تک همبسته (TCSPC) استفاده می کند ، و ساخت یک هیستوگرام برای استنباط بیشترین فاصله بر اساس بالاترین فرکانس یک اختلاف زمانی خاص.

ittof

TOF غیرمستقیم زمان پرواز را بر اساس اختلاف فاز بین شکل های موج ساطع شده و دریافت شده محاسبه می کند ، معمولاً با استفاده از سیگنال های مدولاسیون موج مداوم یا پالس. ITOF می تواند از معماری سنسور تصویر استاندارد استفاده کند و شدت نور را به مرور زمان اندازه گیری کند.

ITOF بیشتر به مدولاسیون موج مداوم (CW-ITOF) و مدولاسیون پالس (پالس-ITOF) تقسیم می شود. CW-ITOF تغییر فاز بین امواج سینوسی ساطع شده و دریافت شده را اندازه گیری می کند ، در حالی که پالس-ITOF تغییر فاز را با استفاده از سیگنال های موج مربع محاسبه می کند.

خواندن آینده:

ویکی پدیا. (ND). زمان پرواز برگرفته ازhttps://en.wikipedia.org/wiki/time_of_flight
گروه راه حل های نیمه هادی سونی. (ND). TOF (زمان پرواز) | فناوری مشترک سنسورهای تصویر. برگرفته ازhttps://www.sony-semicon.com/en/technologies/tof
مایکروسافت (2021 ، 4 فوریه). مقدمه به Microsoft Time of Flight (TOF) - سکوی عمق لاجورد. برگرفته ازhttps://devblogs.microsoft.com/azure-depth-platform/intro-to-microsoft-time-of-of-tof
ESCATEC (2023 ، 2 مارس). سنسورهای زمان پرواز (TOF): یک نمای کلی و برنامه های کاربردی. برگرفته ازhttps://www.escatec.com/news/time-offlight-tof-sensors-an-in-depth-overview-and-applications

از صفحه وبhttps://faster-than-light.net/tofsystem_c1/

توسط نویسنده: Chao Guang

سلب مسئولیت:

ما بدینوسیله اعلام می کنیم که برخی از تصاویر نمایش داده شده در وب سایت ما با هدف ارتقاء آموزش و به اشتراک گذاری اطلاعات از اینترنت و ویکی پدیا جمع آوری شده است. ما به حقوق مالکیت معنوی همه سازندگان احترام می گذاریم. استفاده از این تصاویر برای سود تجاری در نظر گرفته نشده است.

اگر فکر می کنید که هر یک از مطالب مورد استفاده حق چاپ شما را نقض می کند ، لطفاً با ما تماس بگیرید. ما بیش از این مایل هستیم تا اقدامات مناسب ، از جمله حذف تصاویر یا ارائه انتساب مناسب را انجام دهیم تا از رعایت قوانین و مقررات مالکیت معنوی اطمینان حاصل کنیم. هدف ما حفظ سکویی است که سرشار از محتوا ، عادلانه باشد و به حقوق مالکیت معنوی دیگران احترام بگذارد.

لطفا در آدرس ایمیل زیر با ما تماس بگیرید:sales@lumispot.cnبشر ما متعهد می شویم که پس از دریافت هرگونه اطلاع رسانی ، اقدامات فوری را انجام دهیم و 100 ٪ همکاری را در حل و فصل هرگونه چنین مواردی تضمین کنیم.