הירשם למדיה החברתית שלנו לפוסט מהיר
סדרה זו שמה לה למטרה לספק לקוראים הבנה מעמיקה ומתקדמת של מערכת Time of Flight (TOF). התוכן מכסה סקירה מקיפה של מערכות TOF, כולל הסברים מפורטים הן על TOF עקיף (ITOF) והן ל- TOF ישיר (DTOF). קטעים אלה מתעמקים בפרמטרים של המערכת, היתרונות והחסרונות שלהם ואלגוריתמים שונים. המאמר בוחן גם את המרכיבים השונים של מערכות TOF, כמו לייזרים של פני השטח של חלל אנכי (VCSELS), עדשות הילוכים וקבלה, קבלת חיישנים כמו CIS, APD, SPAD, SIPM ומעגלי נהג כמו ASICs.
מבוא ל- TOF (זמן הטיסה)
עקרונות בסיסיים
TOF, שעמד למשך זמן הטיסה, הוא שיטה המשמשת למדידת המרחק על ידי חישוב הזמן שלוקח לאור לנסוע למרחק מסוים במדיום. עיקרון זה מיושם בעיקר בתרחישים TOF אופטיים והוא יחסית פשוט. התהליך כולל מקור אור פולט קרן אור, עם זמן הפליטה שנרשם. אור זה משקף לאחר מכן מטרה, נתפס על ידי מקלט, ונמצאת זמן הקבלה. ההבדל בזמנים אלה, המסומן כ- T, קובע את המרחק (d = מהירות האור (C) × T / 2).
סוגי חיישני TOF
ישנם שני סוגים עיקריים של חיישני TOF: אופטי ואלקטרומגנטי. חיישני TOF אופטיים, הנפוצים יותר, משתמשים בפולסים קלים, בדרך כלל בטווח האינפרא אדום, למדידת מרחק. פולסים אלה נפלטים מהחיישן, משקפים את האובייקט וחוזרים לחיישן, שם נמדד זמן הנסיעה ומשמש לחישוב המרחק. לעומת זאת, חיישני TOF אלקטרומגנטיים משתמשים בגלים אלקטרומגנטיים, כמו מכ"ם או לידר, כדי למדוד את המרחק. הם פועלים על עיקרון דומה אך משתמשים במדיום אחר עבורמדידת מרחק.
יישומים של חיישני TOF
חיישני TOF מגוונים ומשולבים בשדות שונים:
רובוטיקה:משמש לגילוי מכשולים וניווט. לדוגמה, רובוטים כמו אטלס של Roomba ו- Boston Dynamics מעסיקים מצלמות עומק TOF למיפוי סביבתם ותנועות התכנון שלהם.
מערכות אבטחה:חיישני תנועה נפוצים לגילוי פורצים, הפעלת אזעקות או הפעלת מערכות מצלמה.
תעשיית הרכב:משולבים במערכות סיוע לנהגים לבקרת שיוט אדפטיבית והימנעות מתנגשות, והופכים נפוצים יותר ויותר בדגמי רכב חדשים.
תחום רפואי: מועסקים בהדמיה ואבחון לא פולשניים, כמו טומוגרפיה של קוהרנטיות אופטית (OCT), ומייצרים תמונות רקמות ברזולוציה גבוהה.
אלקטרוניקה צרכנית: משולב בסמארטפונים, טאבלטים ומחשבים ניידים לתכונות כמו זיהוי פנים, אימות ביומטרי וזיהוי מחוות.
מל"טים:משמש לניווט, הימנעות מתנגשות, ובהתייחסות לחששות פרטיות ותעופה
ארכיטקטורת מערכת TOF
מערכת TOF טיפוסית מורכבת מכמה רכיבי מפתח להשגת מדידת המרחק כמתואר:
· משדר (TX):זה כולל מקור אור לייזר, בעיקר אVCSEL, מעגל נהגים ASIC להניע את הלייזר, ורכיבים אופטיים לבקרת קרניים כמו קבישת עדשות או אלמנטים אופטיים דיפרקטיביים ומסננים.
· מקלט (RX):זה מורכב מעדשות ומסננים בסוף המקבל, חיישנים כמו CIS, SPAD או SIPM בהתאם למערכת TOF, ומעבד אות תמונה (ISP) לעיבוד כמויות גדולות של נתונים מבב שבב המקלט.
·ניהול כוח:ניהול יציבהבקרה הנוכחית ל- VCSELS ומתח גבוה עבור SPADS היא קריטית, הדורשת ניהול כוח חזק.
· שכבת תוכנה:זה כולל קושחה, SDK, מערכת הפעלה ושכבת יישומים.
הארכיטקטורה מדגימה כיצד קרן לייזר, שמקורה ב- VCSEL ושונה על ידי רכיבים אופטיים, עוברת דרך החלל, משקפת אובייקט וחוזרת למקלט. חישוב זמן ההפסקה בתהליך זה מגלה מידע מרחק או עומק. עם זאת, ארכיטקטורה זו אינה מכסה שבילי רעש, כמו רעש הנגרם על ידי אור השמש או רעש רב-נתיב מהשתקפויות, אשר נדונים בהמשך הסדרה.
סיווג מערכות TOF
מערכות TOF מסווגות בעיקר על ידי טכניקות מדידת המרחק שלהן: TOF ישיר (DTOF) ו- TOF עקיף (ITOF), לכל אחד מהם גישות חומרה וגישות אלגוריתמיות מובחנות. הסדרה מתווה בתחילה את עקרונותיה לפני שמתעמקים בניתוח השוואתי של היתרונות, האתגרים והפרמטרים של המערכת שלהם.
למרות העיקרון הפשוט לכאורה של TOF - פולט דופק אור ומגלה את חזרתו לחישוב המרחק - המורכבות נעוצה בהבחנה בין האור החוזר מאור הסביבה. זה מטופל על ידי פליטת אור בהיר מספיק בכדי להשיג יחס גבוה לרעש ובחירת אורכי גל מתאימים כדי למזער את הפרעות האור הסביבתי. גישה נוספת היא לקודד את האור הנפלט כדי להפוך אותו להבחנה עם חזרה, בדומה לאותות SOS עם פנס.
הסדרה ממשיכה להשוות בין DTOF ו- ITOF, לדון בהבדלים, היתרונות והאתגרים שלהם בפירוט, ומסווג עוד יותר מערכות TOF על בסיס מורכבות המידע שהם מספקים, החל מ- 1D TOF לתלת מימד TOF.
dtof
TOF ישיר מודד ישירות את זמן הטיסה של הפוטון. רכיב המפתח שלו, דיודת מפולת הפוטון היחידה (SPAD), רגיש מספיק כדי לאתר פוטונים בודדים. DTOF מעסיקה ספירת פוטונים יחידה המתואמת בזמן (TCSPC) כדי למדוד את זמן כניסות הפוטון, ובונה היסטוגרמה כדי להסיק את המרחק הסביר ביותר על סמך התדר הגבוה ביותר של הפרש זמן מסוים.
itof
TOF עקיף מחשב את זמן הטיסה על סמך הפרש הפאזה בין צורות גל שנפלטו וקיבלו, בדרך כלל באמצעות אותות אפנון גל או דופק רציפים. ITOF יכול להשתמש בארכיטקטורות חיישני תמונה רגילות, מדידת עוצמת האור לאורך זמן.
ITOF מחולק עוד יותר למודולציה של גל רציף (CW-ITOF) ומודולציה של דופק (פועם-זה). CW-Itof מודד את שינוי הפאזה בין גלים סינוסואידיים שנפלטו וקיבלו, ואילו זה פועם-זה מחשב את משמרת הפאזה באמצעות אותות גל מרובעים.
קריאה עתידית:
- ויקיפדיה. (nd). זמן הטיסה. נשלח מhttps://en.wikipedia.org/wiki/time_of_flight
- קבוצת פתרונות מוליכים למחצה של Sony. (nd). TOF (זמן הטיסה) | טכנולוגיה נפוצה של חיישני תמונה. נשלח מhttps://www.sony-semicon.com/en/technologies/tof
- מיקרוסופט. (2021, 4 בפברואר). מבוא ל- Microsoft Time of Flight (TOF) - פלטפורמת עומק Azure. נשלח מhttps://devblogs.microsoft.com/azure-deppt-platform/intro-to-microsoft-time-of-firt-tof
- Escatec. (2023, 2 במרץ). חיישני זמן טיסה (TOF): סקירה ויישומים מעמיקים. נשלח מhttps://www.escatec.com/news/time-of-furge-tof-sensors-an-in-dept-overview-and- יישום
מדף האינטרנטhttps://faster-than-light.net/tofsystem_c1/
מאת המחבר: צ'או גואנג
הצהרת אחריות:
אנו מצהירים בזאת כי חלק מהתמונות המוצגות באתר שלנו נאספות מהאינטרנט וויקיפדיה, במטרה לקדם חינוך ושיתוף מידע. אנו מכבדים את זכויות הקניין הרוחני של כל היוצרים. השימוש בתמונות אלה אינו מיועד לרווח מסחרי.
אם אתה מאמין שאחד מהתכנים המשמשים מפר את זכויות היוצרים שלך, אנא צור איתנו קשר. אנו מוכנים יותר לנקוט בצעדים מתאימים, כולל הסרת תמונות או מתן ייחוס נאות, כדי להבטיח עמידה בחוקים ותקנות קניין רוחני. המטרה שלנו היא לשמור על פלטפורמה העשירה בתוכן, הוגן ומכבדת את זכויות הקניין הרוחני של אחרים.
אנא צור איתנו קשר בכתובת הדוא"ל הבאה:sales@lumispot.cnו אנו מתחייבים לנקוט בפעולה מיידית עם קבלת כל הודעה ומבטיחים שיתוף פעולה של 100% בפתרון סוגיות כאלה.
זמן הודעה: דצמבר 18-2023