Мэдээ - TOF(Time of Flight) системийн үндсэн зарчим ба хэрэглээ

Манай сошиал сүлжээнд бүртгүүлээрэй

Энэхүү цуврал нь уншигчдад Нислэгийн цаг (TOF) системийн талаар гүнзгий, дэвшилтэт ойлголт өгөх зорилготой юм. Агуулга нь шууд бус TOF (iTOF) болон шууд TOF (dTOF) хоёулангийнх нь нарийвчилсан тайлбарыг багтаасан TOF системийн иж бүрэн тоймыг багтаасан болно. Эдгээр хэсгүүд нь системийн параметрүүд, тэдгээрийн давуу болон сул талууд, янз бүрийн алгоритмуудыг судлах болно. Энэхүү нийтлэл нь TOF системийн өөр өөр бүрэлдэхүүн хэсгүүд болох Босоо хөндий гадаргуу ялгаруулах лазер (VCSELs), дамжуулах болон хүлээн авах линз, CIS, APD, SPAD, SiPM гэх мэт мэдрэгч, ASIC гэх мэт драйверийн хэлхээг судлах болно.

TOF-ийн танилцуулга (нислэгийн цаг)

Үндсэн зарчим

Нислэгийн цагийг илэрхийлдэг TOF нь гэрлийн орчинд тодорхой зайд хүрэх хугацааг тооцоолох замаар зайг хэмжих арга юм. Энэ зарчмыг голчлон оптик TOF хувилбарт ашигладаг бөгөөд харьцангуй хялбар байдаг. Уг процесс нь гэрлийн эх үүсвэрээс гэрлийн цацрагийг ялгаруулж, ялгарах хугацааг бүртгэдэг. Энэ гэрэл дараа нь бай руу ойж, хүлээн авагчид баригдаж, хүлээн авах цагийг тэмдэглэнэ. Эдгээр хугацааны зөрүүг t гэж тэмдэглэснээр зайг тодорхойлно (d = гэрлийн хурд (c) × t / 2).

ToF мэдрэгчийн төрлүүд

ToF мэдрэгчийн хоёр үндсэн төрөл байдаг: оптик ба цахилгаан соронзон. Илүү түгээмэл байдаг оптик ToF мэдрэгч нь ихэвчлэн хэт улаан туяаны муж дахь гэрлийн импульсийг зайг хэмжихэд ашигладаг. Эдгээр импульс нь мэдрэгчээс ялгарч, объектыг тусгаж, мэдрэгч рүү буцаж очиход аялах хугацааг хэмжиж, зайг тооцоолоход ашигладаг. Үүний эсрэгээр цахилгаан соронзон ToF мэдрэгч нь зайг хэмжихийн тулд радар эсвэл лидар гэх мэт цахилгаан соронзон долгионыг ашигладаг. Тэд ижил төстэй зарчмаар ажилладаг боловч өөр орчинг ашигладагзайны хэмжилт.

ToF мэдрэгчийн хэрэглээ

ToF мэдрэгч нь олон талт бөгөөд янз бүрийн салбарт нэгтгэгдсэн:

Робот техник:Саад тотгорыг илрүүлэх, навигаци хийхэд ашигладаг. Жишээлбэл, Roomba, Boston Dynamics-ийн Атлас зэрэг роботууд хүрээлэн буй орчны зураглал, хөдөлгөөнийг төлөвлөхөд ToF гүний камер ашигладаг.

Хамгаалалтын системүүд:Халдагчдыг илрүүлэх, дохиолол өгөх, камерын системийг идэвхжүүлэх хөдөлгөөн мэдрэгчүүдэд түгээмэл байдаг.

Автомашины үйлдвэр:Дасан зохицох аялалын удирдлага болон мөргөлдөөнөөс зайлсхийхэд зориулсан жолоочийн туслах системд багтсан нь шинэ тээврийн хэрэгслийн загваруудад улам бүр түгээмэл болж байна.

Анагаах ухааны талбар: Оптик когерент томографи (OCT) гэх мэт инвазив бус дүрслэл, оношлогоонд ажиллаж, өндөр нарийвчлалтай эд эсийн дүрсийг гаргадаг.

Хэрэглээний электрон бараа: Нүүр царай таних, биометрийн нэвтрэлт танилт, дохио зангаа таних зэрэг функцүүдэд зориулж ухаалаг утас, таблет, зөөврийн компьютерт нэгтгэсэн.

Дронууд:Навигац, мөргөлдөөнөөс зайлсхийх, хувийн нууцлал, агаарын тээврийн асуудлыг шийдвэрлэхэд ашигладаг

TOF системийн архитектур

Ердийн TOF систем нь тайлбарласны дагуу зайны хэмжилтийг хийх хэд хэдэн үндсэн бүрэлдэхүүн хэсгүүдээс бүрдэнэ.

· Дамжуулагч (Tx):Үүнд лазер гэрлийн эх үүсвэр, голчлон aVCSEL, лазерыг жолоодох драйверын хэлхээ ASIC, мөн коллиматор линз эсвэл дифракцийн оптик элементүүд, шүүлтүүр зэрэг цацрагийн хяналтын оптик бүрэлдэхүүн хэсгүүд.
· Хүлээн авагч (Rx):Энэ нь хүлээн авагч талын линз, шүүлтүүр, TOF системээс хамааран CIS, SPAD эсвэл SiPM гэх мэт мэдрэгч, хүлээн авагч чипээс их хэмжээний өгөгдлийг боловсруулахад зориулагдсан Зургийн дохионы процессор (ISP) зэргээс бүрдэнэ.
·Эрчим хүчний менежмент:Тогтвортой удирдахVCSEL-ийн гүйдлийн хяналт, SPAD-ийн хувьд өндөр хүчдэл нь маш чухал бөгөөд эрчим хүчний найдвартай менежментийг шаарддаг.
· Програм хангамжийн давхарга:Үүнд програм хангамж, SDK, үйлдлийн систем, хэрэглээний давхарга орно.

Архитектур нь VCSEL-ээс гаралтай, оптик бүрэлдэхүүн хэсгүүдээр өөрчлөгдсөн лазер туяа хэрхэн сансар огторгуйгаар дамжин өнгөрч, объектыг тусгаж, хүлээн авагч руу буцаж ирдгийг харуулж байна. Энэ үйл явц дахь цаг хугацааны тооцоолол нь зай эсвэл гүний мэдээллийг харуулдаг. Гэсэн хэдий ч энэхүү архитектур нь дараа нь цувралаар авч үзэх нарны гэрлээс үүдэлтэй дуу чимээ эсвэл тусгалын олон замт дуу чимээ зэрэг дуу чимээний замыг хамардаггүй.

TOF системийн ангилал

TOF системүүдийг үндсэндээ зайг хэмжих техникээр нь ангилдаг: шууд TOF (dTOF) ба шууд бус TOF (iTOF), тус бүр нь өөр өөр техник хангамж, алгоритмын арга барилтай. Цуврал нь давуу тал, сорилт бэрхшээл, системийн параметрүүдийн харьцуулсан дүн шинжилгээ хийхээс өмнө тэдгээрийн зарчмуудыг тодорхойлсон.

TOF-ийн энгийн мэт санагдах зарчим болох гэрлийн импульс ялгаруулж, зайг тооцоолохын тулд түүний эргэн ирэлтийг илрүүлдэг боловч нарийн төвөгтэй байдал нь эргэн ирж буй гэрлийг орчны гэрлээс ялгахад оршдог. Энэ нь дохио-дуу чимээний харьцаа өндөр байхын тулд хангалттай тод гэрэл ялгаруулж, хүрээлэн буй орчны гэрлийн хөндлөнгийн оролцоог багасгахын тулд тохирох долгионы уртыг сонгох замаар шийддэг. Өөр нэг арга бол гар чийдэнтэй SOS дохиотой адил буцаж ирэхэд ялгарах гэрлийг кодлох явдал юм.

Цуврал нь dTOF болон iTOF-ийг харьцуулж, тэдгээрийн ялгаа, давуу тал, бэрхшээлийг нарийвчлан ярилцаж, TOF системийг 1D TOF-ээс 3D TOF хүртэлх мэдээллийн нарийн төвөгтэй байдалд үндэслэн ангилдаг.

dTOF

Шууд TOF нь фотоны нислэгийн хугацааг шууд хэмждэг. Үүний гол бүрэлдэхүүн хэсэг болох Single Photon Avalanche Diode (SPAD) нь нэг фотоныг илрүүлэхэд хангалттай мэдрэмтгий байдаг. dTOF нь фотоны ирэх цагийг хэмжихийн тулд Цагийн Корреляцитай Нэг Фотоны Тооллогыг (TCSPC) ашигладаг бөгөөд тодорхой цагийн зөрүүний хамгийн өндөр давтамж дээр үндэслэн хамгийн их магадлалтай зайг гаргахын тулд гистограммыг бүтээдэг.

iTOF

Шууд бус TOF нь ихэвчлэн тасралтгүй долгион эсвэл импульсийн модуляцын дохиог ашиглан ялгарсан болон хүлээн авсан долгионы хэлбэрийн хоорондох фазын зөрүү дээр үндэслэн нислэгийн хугацааг тооцдог. iTOF нь цаг хугацааны явцад гэрлийн эрчмийг хэмжих стандарт дүрс мэдрэгчийн архитектурыг ашиглах боломжтой.

iTOF нь тасралтгүй долгионы модуляц (CW-iTOF) болон импульсийн модуляц (Pulsed-iTOF) гэж хуваагддаг. CW-iTOF нь ялгарсан болон хүлээн авсан синусоид долгионы хоорондох фазын шилжилтийг хэмждэг бол Pulsed-iTOF нь дөрвөлжин долгионы дохиог ашиглан фазын шилжилтийг тооцдог.

Цаашдын уншлага:

Википедиа. (nd). Нислэгийн цаг. -аас авсанhttps://en.wikipedia.org/wiki/Time_of_flight
Sony Semiconductor Solutions Group. (nd). ToF (Нислэгийн цаг) | Зургийн мэдрэгчийн нийтлэг технологи. -аас авсанhttps://www.sony-semicon.com/en/technologies/tof
Microsoft. (2021, 2-р сарын 4). Microsoft Time Of Flight (ToF) - Azure Depth Platform-ын танилцуулга. -аас авсанhttps://devblogs.microsoft.com/azure-depth-platform/intro-to-microsoft-time-of-flight-tof
ESCATEC. (2023, 3-р сарын 2). Нислэгийн цаг (TOF) мэдрэгч: Нарийвчилсан тойм ба хэрэглээ. -аас авсанhttps://www.escatec.com/news/time-of-flight-tof-sensors-an-in-depth-overview-and-applications

Вэб хуудаснаасhttps://faster-than-light.net/TOFSystem_C1/

Зохиогч: Чао Гуан

Анхааруулга:

Манай вэбсайтад тавигдсан зарим зургуудыг боловсрол, мэдээлэл солилцох зорилгоор Интернет болон Википедиагаас цуглуулсан болохыг үүгээр мэдэгдэж байна. Бид бүх бүтээгчдийн оюуны өмчийн эрхийг хүндэтгэдэг. Эдгээр зургийг ашиглах нь арилжааны ашиг олох зорилготой биш юм.

Хэрэв та ашигласан контент таны зохиогчийн эрхийг зөрчсөн гэж үзэж байгаа бол бидэнтэй холбоо барина уу. Бид оюуны өмчийн хууль тогтоомжийг дагаж мөрдөхийг баталгаажуулахын тулд зургийг устгах эсвэл зохих нэршил өгөх зэрэг зохих арга хэмжээг авахад бэлэн байна. Бидний зорилго бол агуулгаар баялаг, шударга, бусдын оюуны өмчийн эрхийг дээдэлсэн платформыг хадгалах явдал юм.

Дараах имэйл хаягаар бидэнтэй холбоо барина уу.sales@lumispot.cn. Бид аливаа мэдэгдэл хүлээн авмагц яаралтай арга хэмжээ авч, ийм асуудлыг шийдвэрлэхэд 100% хамтран ажиллахаа амлаж байна.