Haberler - TOF (Uçuş Süresi) Sisteminin Temel Prensibi ve Uygulamaları

Anlık paylaşımlar için sosyal medya hesaplarımızı takip edin.

Bu serinin amacı, okuyuculara Uçuş Süresi (TOF) sistemi hakkında derinlemesine ve aşamalı bir anlayış sunmaktır. İçerik, hem dolaylı TOF (iTOF) hem de doğrudan TOF (dTOF) sistemlerinin ayrıntılı açıklamalarını içeren kapsamlı bir TOF sistemleri genel bakışını kapsamaktadır. Bu bölümler, sistem parametrelerini, avantajlarını ve dezavantajlarını ve çeşitli algoritmaları ele almaktadır. Makale ayrıca, Dikey Boşluklu Yüzeyden Yayılan Lazerler (VCSEL'ler), iletim ve alım lensleri, CIS, APD, SPAD, SiPM gibi alıcı sensörler ve ASIC'ler gibi sürücü devreleri gibi TOF sistemlerinin farklı bileşenlerini de incelemektedir.

TOF'a (Uçuş Süresi) Giriş

Temel Prensipler

TOF (Time of Flight), ışığın bir ortamda belirli bir mesafeyi kat etmesi için geçen süreyi hesaplayarak mesafeyi ölçmek için kullanılan bir yöntemdir. Bu prensip öncelikle optik TOF senaryolarında uygulanır ve nispeten basittir. İşlem, bir ışık kaynağının bir ışık demeti yaymasını ve yayılma zamanının kaydedilmesini içerir. Bu ışık daha sonra bir hedeften yansır, bir alıcı tarafından yakalanır ve alım zamanı kaydedilir. Bu zamanlar arasındaki fark, t ile gösterilir ve mesafeyi belirler (d = ışık hızı (c) × t / 2).

ToF Sensör Çeşitleri

ToF sensörlerinin iki ana türü vardır: optik ve elektromanyetik. Daha yaygın olan optik ToF sensörleri, mesafe ölçümü için genellikle kızılötesi aralığında ışık darbeleri kullanır. Bu darbeler sensörden yayılır, bir nesneden yansır ve sensöre geri döner; burada seyahat süresi ölçülür ve mesafeyi hesaplamak için kullanılır. Buna karşılık, elektromanyetik ToF sensörleri, radar veya lidar gibi elektromanyetik dalgaları mesafe ölçmek için kullanır. Benzer bir prensiple çalışırlar ancak farklı bir ortam kullanırlar.mesafe ölçümü.

ToF Sensörlerinin Uygulamaları

ToF sensörleri çok yönlüdür ve çeşitli alanlara entegre edilmiştir:

Robotik:Engel tespiti ve navigasyon için kullanılır. Örneğin, Roomba ve Boston Dynamics'in Atlas gibi robotları, çevrelerini haritalamak ve hareketlerini planlamak için ToF derinlik kameraları kullanır.

Güvenlik Sistemleri:Genellikle hareket sensörlerinde, davetsiz misafirleri tespit etmek, alarmları tetiklemek veya kamera sistemlerini etkinleştirmek için kullanılır.

Otomotiv Endüstrisi:Uyarlanabilir hız sabitleme ve çarpışma önleme gibi sürücü destek sistemlerine entegre edilen bu teknoloji, yeni araç modellerinde giderek daha yaygın hale gelmektedir.

Tıp AlanıOptik koherens tomografi (OCT) gibi invaziv olmayan görüntüleme ve teşhis yöntemlerinde kullanılır ve yüksek çözünürlüklü doku görüntüleri üretir.

Tüketici ElektroniğiAkıllı telefonlara, tabletlere ve dizüstü bilgisayarlara entegre edilmiş yüz tanıma, biyometrik kimlik doğrulama ve jest tanıma gibi özellikler.

Drone'lar:Seyir, çarpışma önleme ve gizlilik ile havacılık konularının ele alınmasında kullanılır.

TOF Sistem Mimarisi

Tipik bir TOF sistemi, açıklanan mesafe ölçümünü gerçekleştirmek için çeşitli temel bileşenlerden oluşur:

· Verici (Tx):Bu, esas olarak bir lazer ışık kaynağını içerir.VCSELLazer ışınını çalıştırmak için bir sürücü devresi ASIC'i ve ışın kontrolü için kolimatör mercekler veya kırınımlı optik elemanlar ve filtreler gibi optik bileşenler.
· Alıcı (Rx):Bu sistem, alıcı uçta bulunan lensler ve filtrelerden, TOF sistemine bağlı olarak CIS, SPAD veya SiPM gibi sensörlerden ve alıcı çipten gelen büyük miktarda veriyi işlemek için kullanılan bir Görüntü Sinyal İşlemcisinden (ISP) oluşmaktadır.
·Güç Yönetimi:İstikrarlı bir şekilde yönetmekVCSEL'ler için akım kontrolü ve SPAD'ler için yüksek voltaj, sağlam bir güç yönetimi gerektiren kritik bir öneme sahiptir.
· Yazılım Katmanı:Bu, ürün yazılımını, SDK'yı, işletim sistemini ve uygulama katmanını içerir.

Bu mimari, VCSEL'den kaynaklanan ve optik bileşenler tarafından modifiye edilen bir lazer ışınının uzayda nasıl ilerlediğini, bir nesneden nasıl yansıdığını ve alıcıya nasıl geri döndüğünü göstermektedir. Bu süreçteki zaman aralıklı hesaplama, mesafe veya derinlik bilgisi ortaya koymaktadır. Bununla birlikte, bu mimari, güneş ışığı kaynaklı gürültü veya yansımalardan kaynaklanan çoklu yol gürültüsü gibi gürültü yollarını kapsamamaktadır; bu konular serinin ilerleyen bölümlerinde ele alınacaktır.

TOF Sistemlerinin Sınıflandırılması

TOF sistemleri öncelikle mesafe ölçüm tekniklerine göre sınıflandırılır: doğrudan TOF (dTOF) ve dolaylı TOF (iTOF), her birinin kendine özgü donanım ve algoritmik yaklaşımları vardır. Bu seri, öncelikle prensiplerini özetledikten sonra, avantajları, zorlukları ve sistem parametrelerinin karşılaştırmalı analizine girer.

Görünüşte basit olan TOF prensibine (ışık darbesi yaymak ve mesafeyi hesaplamak için geri dönüşünü algılamak) rağmen, karmaşıklık geri dönen ışığı ortam ışığından ayırt etmekte yatmaktadır. Bu, yüksek sinyal-gürültü oranı elde etmek için yeterince parlak ışık yayarak ve çevresel ışık girişimini en aza indirmek için uygun dalga boylarını seçerek çözülür. Başka bir yaklaşım ise, tıpkı el feneriyle verilen SOS sinyalleri gibi, yayılan ışığı geri döndüğünde ayırt edilebilir hale getirmek için kodlamaktır.

Bu seride, dTOF ve iTOF karşılaştırılarak, aralarındaki farklar, avantajlar ve zorluklar detaylı bir şekilde ele alınmakta ve TOF sistemleri, sağladıkları bilginin karmaşıklığına göre 1D TOF'tan 3D TOF'a kadar sınıflandırılmaktadır.

dTOF

Doğrudan TOF, fotonun uçuş süresini doğrudan ölçer. Ana bileşeni olan Tek Foton Çığ Diyotu (SPAD), tek fotonları algılayacak kadar hassastır. dTOF, foton varış zamanlarını ölçmek için Zamanla İlişkili Tek Foton Sayımı (TCSPC) kullanır ve belirli bir zaman farkının en yüksek frekansına dayanarak en olası mesafeyi çıkarmak için bir histogram oluşturur.

iTOF

Dolaylı TOF, yayılan ve alınan dalga biçimleri arasındaki faz farkına dayanarak uçuş süresini hesaplar; genellikle sürekli dalga veya darbe modülasyon sinyalleri kullanılır. iTOF, standart görüntü sensörü mimarilerini kullanabilir ve zaman içinde ışık yoğunluğunu ölçebilir.

iTOF, sürekli dalga modülasyonu (CW-iTOF) ve darbe modülasyonu (Pulsed-iTOF) olmak üzere ikiye ayrılır. CW-iTOF, yayılan ve alınan sinüzoidal dalgalar arasındaki faz kaymasını ölçerken, Pulsed-iTOF ise kare dalga sinyallerini kullanarak faz kaymasını hesaplar.

Daha Fazla Okuma:

Vikipedi. (tarihsiz). Uçuş süresi. Erişim adresi:https://en.wikipedia.org/wiki/Time_of_flight
Sony Semiconductor Solutions Group. (tarihsiz). ToF (Time of Flight) | Görüntü Sensörlerinin Ortak Teknolojisi. Erişim adresi:https://www.sony-semicon.com/en/technologies/tof
Microsoft. (2021, 4 Şubat). Microsoft Time Of Flight (ToF) - Azure Depth Platform'a Giriş. Erişim adresi:https://devblogs.microsoft.com/azure-depth-platform/intro-to-microsoft-time-of-flight-tof
ESCATEC. (2023, 2 Mart). Uçuş Süresi (TOF) Sensörleri: Ayrıntılı Bir Genel Bakış ve Uygulamalar. Erişim adresi:https://www.escatec.com/news/time-of-flight-tof-sensors-an-in-depth-overview-and-applications

Web sayfasındanhttps://faster-than-light.net/TOFSystem_C1/

Yazar: Chao Guang

Yasal Uyarı:

İnternet sitemizde yer alan bazı görsellerin, eğitim ve bilgi paylaşımını teşvik etme amacıyla internetten ve Vikipedi'den derlendiğini beyan ederiz. Tüm yaratıcıların fikri mülkiyet haklarına saygı duyuyoruz. Bu görsellerin kullanımı ticari kazanç amacı taşımamaktadır.

Kullanılan içeriklerden herhangi birinin telif hakkınızı ihlal ettiğine inanıyorsanız, lütfen bizimle iletişime geçin. Fikri mülkiyet yasalarına ve düzenlemelerine uyumu sağlamak için, görselleri kaldırmak veya uygun kaynak göstermek de dahil olmak üzere, gerekli önlemleri almaya fazlasıyla istekliyiz. Amacımız, içerik açısından zengin, adil ve başkalarının fikri mülkiyet haklarına saygı duyan bir platform oluşturmaktır.

Lütfen aşağıdaki e-posta adresinden bizimle iletişime geçin:sales@lumispot.cnHerhangi bir bildirim aldığımızda derhal harekete geçmeyi taahhüt ediyoruz ve bu tür sorunların çözümünde %100 iş birliği garantisi veriyoruz.