สมัครสมาชิกโซเชียลมีเดียของเราสำหรับโพสต์ที่รวดเร็ว
ซีรี่ส์นี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อให้ผู้อ่านมีความเข้าใจในเชิงลึกและก้าวหน้าเกี่ยวกับระบบ Time of Flight (TOF) เนื้อหาครอบคลุมภาพรวมที่ครอบคลุมของระบบ TOF รวมถึงคำอธิบายโดยละเอียดของทั้ง TOF ทางอ้อม (ITOF) และ Direct TOF (DTOF) ส่วนเหล่านี้เจาะลึกลงไปในพารามิเตอร์ระบบข้อดีและข้อเสียของพวกเขาและอัลกอริทึมต่างๆ บทความนี้ยังสำรวจส่วนประกอบที่แตกต่างกันของระบบ TOF เช่นเลเซอร์ที่เปล่งแสงพื้นผิวแนวตั้ง (VCSELS), การส่งและการรับเลนส์, รับเซ็นเซอร์เช่น CIS, APD, SPAD, SIPM และวงจรไดรเวอร์เช่น ASICS
รู้เบื้องต้นเกี่ยวกับ TOF (เวลาบิน)
หลักการพื้นฐาน
TOF ยืนสำหรับเวลาในการบินเป็นวิธีที่ใช้ในการวัดระยะทางโดยการคำนวณเวลาที่ใช้ในการให้แสงในการเดินทางระยะทางที่แน่นอนในสื่อ หลักการนี้ใช้เป็นหลักในสถานการณ์ TOF แบบออพติคอลและค่อนข้างตรงไปตรงมา กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับแหล่งกำเนิดแสงที่เปล่งแสงของแสงพร้อมเวลาที่บันทึกการปล่อยออกมา แสงนี้สะท้อนออกจากเป้าหมายถูกจับโดยผู้รับและเวลาของการรับสัญญาณจะถูกบันทึกไว้ ความแตกต่างในเวลาเหล่านี้แสดงเป็น t กำหนดระยะทาง (d = ความเร็วของแสง (c) × t / 2)
ประเภทของเซ็นเซอร์ TOF
เซ็นเซอร์ TOF มีสองประเภทหลัก: ออปติคัลและแม่เหล็กไฟฟ้า เซ็นเซอร์ Optical TOF ซึ่งเป็นเรื่องธรรมดาใช้พัลส์แสงโดยทั่วไปในช่วงอินฟราเรดสำหรับการวัดระยะทาง พัลส์เหล่านี้ถูกปล่อยออกมาจากเซ็นเซอร์สะท้อนวัตถุและกลับไปที่เซ็นเซอร์ซึ่งเวลาในการเดินทางถูกวัดและใช้ในการคำนวณระยะทาง ในทางตรงกันข้ามเซ็นเซอร์ TOF แม่เหล็กไฟฟ้าใช้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเช่นเรดาร์หรือ LiDAR เพื่อวัดระยะทาง พวกเขาทำงานบนหลักการที่คล้ายกัน แต่ใช้สื่อที่แตกต่างกันสำหรับการวัดระยะทาง.
แอปพลิเคชันของเซ็นเซอร์ TOF
เซ็นเซอร์ TOF มีความหลากหลายและได้รับการรวมเข้ากับสาขาต่าง ๆ :
หุ่นยนต์:ใช้สำหรับการตรวจจับสิ่งกีดขวางและการนำทาง ตัวอย่างเช่นหุ่นยนต์อย่าง Roomba และ Atlas ของ Boston Dynamics ใช้กล้องความลึก TOF สำหรับการทำแผนที่สภาพแวดล้อมและการวางแผนการเคลื่อนไหว
ระบบรักษาความปลอดภัย:พบได้ทั่วไปในเซ็นเซอร์ตรวจจับความเคลื่อนไหวสำหรับการตรวจจับผู้บุกรุกการเตือนภัยหรือการเปิดใช้งานระบบกล้อง
อุตสาหกรรมยานยนต์:รวมอยู่ในระบบช่วยเหลือผู้ขับขี่สำหรับการควบคุมความเร็วคงที่และการหลีกเลี่ยงการชนกันกลายเป็นที่แพร่หลายมากขึ้นในรุ่นยานพาหนะใหม่
สาขาการแพทย์: ใช้ในการถ่ายภาพและการวินิจฉัยที่ไม่รุกรานเช่นการตรวจเอกซเรย์แบบออปติคัลเชื่อมต่อ (OCT) สร้างภาพเนื้อเยื่อความละเอียดสูง
อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค: รวมเข้ากับสมาร์ทโฟนแท็บเล็ตและแล็ปท็อปสำหรับคุณสมบัติเช่นการจดจำใบหน้าการตรวจสอบความถูกต้องทางชีวภาพและการจดจำท่าทาง
โดรน:ใช้สำหรับการนำทางหลีกเลี่ยงการชนกันและในการจัดการกับความเป็นส่วนตัวและความกังวลด้านการบิน
สถาปัตยกรรมระบบ TOF
ระบบ TOF ทั่วไปประกอบด้วยองค์ประกอบสำคัญหลายอย่างเพื่อให้ได้การวัดระยะทางตามที่อธิบายไว้:
· เครื่องส่งสัญญาณ (TX):ซึ่งรวมถึงแหล่งกำเนิดแสงเลเซอร์ส่วนใหญ่กVCSELวงจรไดรเวอร์ ASIC เพื่อขับเลเซอร์และส่วนประกอบออปติคัลสำหรับการควบคุมลำแสงเช่นเลนส์ collimating หรือองค์ประกอบแสงแบบกระจายและตัวกรอง
· ตัวรับสัญญาณ (RX):ประกอบด้วยเลนส์และตัวกรองที่ปลายรับเซ็นเซอร์เช่น CIS, SPAD หรือ SIPM ขึ้นอยู่กับระบบ TOF และตัวประมวลผลสัญญาณภาพ (ISP) สำหรับการประมวลผลข้อมูลจำนวนมากจากชิปตัวรับสัญญาณ
·การจัดการพลังงาน:การจัดการที่มั่นคงการควบคุมปัจจุบันสำหรับ VCSELS และแรงดันไฟฟ้าสูงสำหรับ SPADS เป็นสิ่งสำคัญซึ่งต้องใช้การจัดการพลังงานที่แข็งแกร่ง
· เลเยอร์ซอฟต์แวร์:ซึ่งรวมถึงเฟิร์มแวร์, SDK, OS และ Application Layer
สถาปัตยกรรมแสดงให้เห็นว่าลำแสงเลเซอร์มีต้นกำเนิดมาจาก VCSEL และแก้ไขโดยส่วนประกอบออปติคัลเดินทางผ่านอวกาศสะท้อนวัตถุและกลับไปที่ตัวรับสัญญาณ การคำนวณเวลาหมดเวลาในกระบวนการนี้จะแสดงข้อมูลระยะทางหรือความลึก อย่างไรก็ตามสถาปัตยกรรมนี้ไม่ครอบคลุมเส้นทางเสียงรบกวนเช่นเสียงรบกวนจากแสงแดดหรือเสียงรบกวนหลายเส้นทางจากการสะท้อนซึ่งจะกล่าวถึงในภายหลังในซีรีส์
การจำแนกประเภทของระบบ TOF
ระบบ TOF ถูกจัดหมวดหมู่โดยเทคนิคการวัดระยะทางของพวกเขา: Direct TOF (DTOF) และ TOF ทางอ้อม (ITOF) แต่ละตัวมีวิธีฮาร์ดแวร์และอัลกอริทึมที่แตกต่างกัน ชุดแรกสรุปหลักการของพวกเขาก่อนที่จะเจาะลึกการวิเคราะห์เปรียบเทียบข้อดีความท้าทายและพารามิเตอร์ของระบบ
แม้จะมีหลักการที่เรียบง่ายของ TOF - ปล่อยชีพจรแสงและตรวจจับการกลับมาเพื่อคำนวณระยะทาง - ความซับซ้อนอยู่ในการแยกความแตกต่างของแสงที่กลับมาจากแสงโดยรอบ สิ่งนี้ได้รับการแก้ไขโดยการเปล่งแสงสว่างเพียงพอเพื่อให้ได้อัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนสูงและเลือกความยาวคลื่นที่เหมาะสมเพื่อลดการรบกวนแสงสิ่งแวดล้อม อีกวิธีหนึ่งคือการเข้ารหัสแสงที่ปล่อยออกมาเพื่อให้สามารถแยกแยะได้เมื่อส่งคืนคล้ายกับสัญญาณ SOS ด้วยไฟฉาย
ซีรีส์ดำเนินการเพื่อเปรียบเทียบ DTOF และ ITOF อภิปรายถึงความแตกต่างข้อดีและความท้าทายในรายละเอียดและจัดหมวดหมู่ระบบ TOF เพิ่มเติมตามความซับซ้อนของข้อมูลที่พวกเขาให้ตั้งแต่ 1D TOF ถึง 3D TOF
DTOF
Direct TOF วัดเวลาบินของโฟตอนโดยตรง องค์ประกอบสำคัญของมันคือโฟตอน Avalanche ไดโอด (SPAD) เดี่ยวมีความไวพอที่จะตรวจจับโฟตอนเดี่ยว DTOF ใช้การนับโฟตอนเดี่ยว (TCSPC) เวลาที่สัมพันธ์กันเพื่อวัดเวลาของการมาถึงโฟตอนโดยสร้างฮิสโตแกรมเพื่ออนุมานระยะทางที่เป็นไปได้มากที่สุดตามความถี่สูงสุดของความแตกต่างของเวลา
ITOF
TOF ทางอ้อมคำนวณเวลาการบินตามความแตกต่างของเฟสระหว่างรูปคลื่นที่ปล่อยออกมาและที่ได้รับโดยทั่วไปใช้คลื่นต่อเนื่องหรือสัญญาณการปรับพัลส์ ITOF สามารถใช้สถาปัตยกรรมเซ็นเซอร์ภาพมาตรฐานวัดความเข้มของแสงเมื่อเวลาผ่านไป
ITOF จะถูกแบ่งย่อยออกเป็นการปรับคลื่นอย่างต่อเนื่อง (CW-ITOF) และการปรับพัลส์ (พัลส์-ไอที) CW-ITOF วัดการเปลี่ยนเฟสระหว่างคลื่นที่ปล่อยออกมาและได้รับคลื่นไซน์ในขณะที่พัลซิ่ง-มันคำนวณการเปลี่ยนเฟสโดยใช้สัญญาณคลื่นสี่เหลี่ยม
การอ่าน futher:
- Wikipedia (ND) เวลาบิน สืบค้นhttps://en.wikipedia.org/wiki/time_of_flight
- กลุ่มโซลูชั่น Sony Semiconductor (ND) TOF (เวลาบิน) | เทคโนโลยีทั่วไปของเซ็นเซอร์ภาพ สืบค้นhttps://www.sony-semicon.com/en/technologies/tof
- Microsoft (2021, 4 กุมภาพันธ์) อินโทรไปยัง Microsoft Time of Flight (TOF) - แพลตฟอร์มความลึก Azure สืบค้นhttps://devblogs.microsoft.com/azure-depth-platform/intro-to-microsoft-time-of-flight-tof
- escatec. (2023, 2 มีนาคม) เวลาของการบิน (TOF) เซ็นเซอร์: ภาพรวมในเชิงลึกและแอปพลิเคชัน สืบค้นhttps://www.escatec.com/news/time-of-flight-tof-sensors-an-in-depth-overview-and-applications
จากหน้าเว็บhttps://faster-than-light.net/tofsystem_c1/
โดยผู้แต่ง: Chao Guang
ข้อจำกัดความรับผิดชอบ:
เราขอประกาศว่าภาพบางส่วนที่แสดงในเว็บไซต์ของเราจะถูกรวบรวมจากอินเทอร์เน็ตและวิกิพีเดียโดยมีจุดประสงค์เพื่อส่งเสริมการศึกษาและการแบ่งปันข้อมูล เราเคารพสิทธิในทรัพย์สินทางปัญญาของผู้สร้างทั้งหมด การใช้ภาพเหล่านี้ไม่ได้มีไว้เพื่อผลประโยชน์เชิงพาณิชย์
หากคุณเชื่อว่าเนื้อหาใด ๆ ที่ใช้ละเมิดลิขสิทธิ์ของคุณโปรดติดต่อเรา เราเต็มใจที่จะใช้มาตรการที่เหมาะสมรวมถึงการลบภาพหรือให้การระบุแหล่งที่มาที่เหมาะสมเพื่อให้แน่ใจว่าสอดคล้องกับกฎหมายและข้อบังคับด้านทรัพย์สินทางปัญญา เป้าหมายของเราคือการรักษาแพลตฟอร์มที่อุดมไปด้วยเนื้อหายุติธรรมและเคารพสิทธิในทรัพย์สินทางปัญญาของผู้อื่น
กรุณาติดต่อเราที่ที่อยู่อีเมลต่อไปนี้:sales@lumispot.cn- เรามุ่งมั่นที่จะดำเนินการทันทีเมื่อได้รับการแจ้งเตือนและรับประกันความร่วมมือ 100% ในการแก้ไขปัญหาดังกล่าว
เวลาโพสต์: ธ.ค. 18-2023