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

Hızlı Gönderiler İçin Sosyal Medyamıza Abone Olun

Bu seri, okuyuculara Uçuş Süresi (TOF) sistemi hakkında derinlemesine ve ilerici bir anlayış sağlamayı amaçlamaktadır. İçerik, hem dolaylı TOF (iTOF) hem de doğrudan TOF (dTOF) hakkında ayrıntılı açıklamalar da dahil olmak üzere TOF sistemlerine kapsamlı bir genel bakış sunmaktadır. Bu bölümler, sistem parametrelerini, avantaj ve dezavantajlarını ve çeşitli algoritmaları ele almaktadır. Makale ayrıca, Dikey Boşluk Yüzeyi Yayıcı 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 İlkeler

Uçuş Süresi anlamına gelen TOF, ışığın bir ortamda belirli bir mesafeyi kat etmesi için gereken 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 süresinin kaydedilmesini içerir. Bu ışık daha sonra bir hedeften yansır, bir alıcı tarafından yakalanır ve alım süresi kaydedilir. Bu süreler arasındaki fark, t olarak gösterilir ve mesafeyi belirler (d = ışık hızı (c) × t / 2).

ToF Sensör Türleri

İki temel ToF sensörü türü vardır: optik ve elektromanyetik. Daha yaygın olan optik ToF sensörleri, mesafe ölçümü için genellikle kızılötesi aralıktaki ışık darbelerini 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 mesafeyi ölçmek için radar veya lidar gibi elektromanyetik dalgalar 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:Hareket halindeyken izinsiz girişleri tespit etmek, alarmları tetiklemek veya kamera sistemlerini etkinleştirmek için kullanılan yaygın sensörler.

Otomotiv Endüstrisi:Adaptif hız sabitleme ve çarpışma önleme için sürücü destek sistemlerine entegre edilerek yeni araç modellerinde giderek yaygınlaşıyor.

Tıp Alanı: Optik koherens tomografi (OCT) gibi invaziv olmayan görüntüleme ve teşhislerde kullanılır ve yüksek çözünürlüklü doku görüntüleri üretir.

Tüketici Elektroniği: Yüz tanıma, biyometrik kimlik doğrulama ve hareket tanıma gibi özellikler için akıllı telefonlara, tabletlere ve dizüstü bilgisayarlara entegre edilmiştir.

İnsansız hava araçları:Navigasyon, çarpışmadan kaçınma ve gizlilik ve havacılık endişelerini gidermek için kullanılır

TOF Sistem Mimarisi

Tipik bir TOF sistemi, açıklandığı gibi mesafe ölçümünü elde etmek için birkaç temel bileşenden oluşur:

· Verici (Tx):Bu, esas olarak bir lazer ışık kaynağı içerirVCSEL, lazeri sürmek için bir sürücü devresi ASIC ve ışın kontrolü için kolimatör mercekler veya kırınım optik elemanları ve filtreler gibi optik bileşenler.
· Alıcı (Rx):Bu, alıcı uçta lensler ve filtreler, TOF sistemine bağlı olarak CIS, SPAD veya SiPM gibi sensörler ve alıcı çipten gelen büyük miktardaki verileri işlemek için bir Görüntü Sinyal İşlemcisi'nden (ISP) oluşur.
·Güç Yönetimi:Kararlı yönetimiVCSEL'ler için akım kontrolü ve SPAD'ler için yüksek voltaj kontrolü kritik öneme sahiptir ve sağlam bir güç yönetimi gerektirir.
· Yazılım Katmanı:Bunlara donanım yazılımı, SDK, işletim sistemi ve uygulama katmanı dahildir.

Mimari, VCSEL'den kaynaklanan ve optik bileşenlerle değiştirilen bir lazer ışınının uzayda nasıl hareket ettiğini, bir nesneden nasıl yansıdığını ve alıcıya nasıl geri döndüğünü göstermektedir. Bu süreçteki zaman atlamalı hesaplama, mesafe veya derinlik bilgilerini ortaya çıkarır. Ancak bu mimari, serinin ilerleyen kısımlarında ele alınacak olan güneş ışığı kaynaklı gürültü veya yansımalardan kaynaklanan çok yollu gürültü gibi gürültü yollarını kapsamaz.

TOF Sistemlerinin Sınıflandırılması

TOF sistemleri, öncelikle mesafe ölçüm tekniklerine göre sınıflandırılır: doğrudan TOF (dTOF) ve dolaylı TOF (iTOF), her biri farklı donanım ve algoritmik yaklaşımlara sahiptir. Seri, avantajlarının, zorluklarının ve sistem parametrelerinin karşılaştırmalı bir analizine geçmeden önce, öncelikle prensiplerini özetlemektedir.

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

Dizi, dTOF ve iTOF'u karşılaştırarak aralarındaki farkları, avantajları ve zorlukları detaylı bir şekilde ele alıyor ve TOF sistemlerini sağladıkları bilginin karmaşıklığına göre 1D TOF'tan 3D TOF'a kadar kategorilere ayırıyor.

dTOF

Doğrudan TOF, fotonun uçuş süresini doğrudan ölçer. Temel bileşeni olan Tek Foton Çığ Diyotu (SPAD), tek fotonları tespit edecek kadar hassastır. dTOF, fotonların varış zamanını ölçmek için Zaman İlişkili Tek Foton Sayımı'nı (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 formları arasındaki faz farkına dayanarak uçuş süresini hesaplar ve genellikle sürekli dalga veya darbe modülasyon sinyallerini kullanır. iTOF, standart görüntü sensörü mimarilerini kullanarak zaman içinde ışık yoğunluğunu ölçebilir.

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

Daha Fazla Okuma:

Vikipedi. (nd). Uçuş süresi. Kaynak:https://tr.wikipedia.org/wiki/Uçuş_Süresi
Sony Yarı İletken Çözümleri Grubu. (nd). ToF (Uçuş Süresi) | Görüntü Sensörlerinin Ortak Teknolojisi. Kaynak:https://www.sony-semicon.com/en/technologies/tof
Microsoft. (2021, 4 Şubat). Microsoft Uçuş Süresine (ToF) Giriş - Azure Derinlik Platformu. Kaynak:https://devblogs.microsoft.com/azure-depth-platform/intro-to-microsoft-time-of-flight-tof
ESCATEC. (2023, 2 Mart). Uçuş Süresi (TOF) Sensörleri: Derinlemesine Bir Genel Bakış ve Uygulamalar. Kaynak:https://www.escatec.com/news/time-of-flight-to-sensors-an-in-depth-overview-and-applications

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

yazar: Chao Guang

Yasal Uyarı:

Web sitemizde görüntülenen bazı görsellerin, eğitim ve bilgi paylaşımını teşvik etmek amacıyla internet ve Wikipedia'dan derlendiğini beyan ederiz. Tüm içerik oluşturucuların fikri mülkiyet haklarına saygı duyuyoruz. Bu görsellerin kullanımı ticari kazanç sağlama amacı taşımamaktadır.

Kullanılan içeriklerden herhangi birinin telif hakkınızı ihlal ettiğini düşünüyorsanız, lütfen bizimle iletişime geçin. Fikri mülkiyet yasalarına ve yönetmeliklerine uyumu sağlamak için görselleri kaldırmak veya uygun atıf sağlamak gibi uygun önlemleri almaya hazırız. Amacımız, içerik açısından zengin, adil ve başkalarının fikri mülkiyet haklarına saygılı bir platform sağlamaktır.

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 işbirliği garantisi veriyoruz.