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

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'un (dTOF) ayrıntılı açıklamalarını içeren TOF sistemlerine kapsamlı bir genel bakışı kapsar. Bu bölümlerde sistem parametreleri, bunların avantajları ve dezavantajları ve çeşitli algoritmalar ele alınmaktadır. Makale ayrıca TOF sistemlerinin Dikey Boşluklu Yüzey Yayan Lazerler (VCSEL'ler), iletim ve alım lensleri, CIS, APD, SPAD, SiPM gibi alıcı sensörler ve ASIC'ler gibi sürücü devreleri gibi farklı bileşenlerini de araştırıyor.

TOF'a Giriş (Uçuş Süresi)

Temel İlkeler

Time of Flight anlamına gelen TOF, ışığın bir ortamda belirli bir mesafeyi kat etmesi için geçen süreyi hesaplayarak mesafeyi ölçmek için kullanılan bir yöntemdir. Bu prensip öncelikle optik TOF senaryolarına uygulanır ve nispeten basittir. Süreç, emisyon zamanının kaydedildiği bir ışık huzmesi yayan bir ışık kaynağı içerir. Bu ışık daha sonra bir hedeften yansır, bir alıcı tarafından yakalanır ve alınma zamanı not edilir. Bu süreler arasındaki t olarak gösterilen fark mesafeyi belirler (d = ışık hızı (c) × t/2).

ToF Sensörü Türleri

İki temel ToF sensörü türü vardır: optik ve elektromanyetik. Daha yaygın olan optik ToF sensörleri, mesafe ölçümü için tipik olarak kızılötesi aralıktaki ışık darbelerini kullanır. Bu darbeler sensörden yayılır, bir nesneden yansır ve seyahat süresinin ölçüldüğü ve mesafeyi hesaplamak için kullanıldığı sensöre geri döner. Bunun aksine, elektromanyetik ToF sensörleri mesafeyi ölçmek için radar veya lidar gibi elektromanyetik dalgaları 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 Atlas gibi robotlar, çevrelerini haritalamak ve hareketleri planlamak için ToF derinlik kameralarını kullanıyor.

Güvenlik Sistemleri:Davetsiz misafirleri tespit etmek, alarmları tetiklemek veya kamera sistemlerini etkinleştirmek için yaygın olarak kullanılan hareket sensörleri.

Otomotiv Endüstrisi:Uyarlanabilir hız sabitleyici ve çarpışmayı önlemeye yönelik sürücü destek sistemlerine dahil edilen bu sistem, yeni araç modellerinde giderek daha yaygın hale geliyor.

Tıp Alanı: Yüksek çözünürlüklü doku görüntüleri üreten, optik koherens tomografi (OCT) gibi invaziv olmayan görüntüleme ve teşhiste kullanılır.

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

Dronlar:Navigasyon, çarpışmadan kaçınma ve gizlilik ve havacılıkla ilgili endişelerin giderilmesi için kullanılır

TOF Sistem Mimarisi

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

· Verici (Tx):Bu, esas olarak bir lazer ışık kaynağını içerir.VCSELlazeri çalıştırmak için bir sürücü devresi ASIC ve yönlendirici lensler veya kırınımlı optik elemanlar ve filtreler gibi ışın kontrolü için optik bileşenler.
· Alıcı (Rx):Bu, alıcı uçtaki lensler ve filtrelerden, TOF sistemine bağlı olarak CIS, SPAD veya SiPM gibi sensörlerden ve alıcı çipinden büyük miktarlarda veriyi işlemek için bir Görüntü Sinyal İşlemcisinden (ISP) oluşur.
·Güç Yönetimi:İstikrarlı yönetmekVCSEL'ler için akım kontrolü ve SPAD'lar için yüksek voltaj çok önemlidir ve sağlam güç yönetimi gerektirir.
· Yazılım Katmanı:Buna ürün yazılımı, SDK, işletim sistemi ve uygulama katmanı dahildir.

Mimari, VCSEL'den kaynaklanan ve optik bileşenler tarafından değiştirilen bir lazer ışınının uzayda nasıl seyahat ettiğini, bir nesneden nasıl yansıdığını ve alıcıya nasıl geri döndüğünü göstermektedir. Bu süreçte time lapse hesaplaması mesafe veya derinlik bilgisini ortaya çıkarır. Ancak bu mimari, serinin ilerleyen kısımlarında tartışılacak 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 kategorize edilir: her biri farklı donanım ve algoritmik yaklaşımlara sahip doğrudan TOF (dTOF) ve dolaylı TOF (iTOF). Seri, avantajları, zorlukları ve sistem parametrelerinin karşılaştırmalı analizine geçmeden önce ilk olarak ilkelerini özetlemektedir.

TOF'un görünüşte basit prensibine (bir ışık darbesi gönderme ve mesafeyi hesaplamak için geri dönüşünü tespit etme) rağmen, karmaşıklık geri dönen ışığı ortam ışığından ayırmada yatmaktadır. Bu sorun, yüksek bir sinyal-gürültü oranı elde etmek için yeterince parlak ışık yayarak ve çevresel ışık girişimini en aza indirecek uygun dalga boylarını seçerek giderilir. Diğer bir yaklaşım ise, bir el feneriyle yapılan SOS sinyallerine benzer şekilde, yayılan ışığı geri döndüğünde ayırt edilebilir hale getirecek şekilde kodlamaktır.

Seri, dTOF ve iTOF'u karşılaştırmaya devam ediyor, farklılıklarını, avantajlarını ve zorluklarını ayrıntılı olarak tartışıyor ve TOF sistemlerini, sağladıkları bilgilerin karmaşıklığına göre 1D TOF'tan 3D TOF'a kadar daha fazla kategorize ediyor.

dTOF

Doğrudan TOF, fotonun uçuş süresini doğrudan ölçer. Anahtar bileşeni Tek Foton Çığ Diyotu (SPAD), tek fotonları tespit edecek kadar hassastır. dTOF, foton varış zamanını ölçmek için Zaman İlişkili Tek Foton Sayımı (TCSPC) kullanır ve belirli bir zaman farkının en yüksek frekansına dayalı olarak en olası mesafeyi çıkarmak için bir histogram oluşturur.

iTOF

Dolaylı TOF, genellikle sürekli dalga veya darbe modülasyon sinyallerini kullanarak, yayılan ve alınan dalga biçimleri arasındaki faz farkına dayalı olarak uçuş süresini hesaplar. iTOF, zaman içindeki ışık yoğunluğunu ölçen standart görüntü sensörü mimarilerini kullanabilir.

iTOF ayrıca sürekli dalga modülasyonuna (CW-iTOF) ve darbe modülasyonuna (Darbeli-iTOF) bölünmüştür. CW-iTOF, yayılan ve alınan sinüzoidal dalgalar arasındaki faz kaymasını ölçerken Pulsed-iTOF, kare dalga sinyallerini kullanarak faz kaymasını hesaplar.

İleri Okuma:

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

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

Yazarı: Chao Guang

Yasal Uyarı:

Web sitemizde görüntülenen bazı görsellerin eğitim ve bilgi paylaşımını teşvik etmek amacıyla internetten ve Wikipedia'dan toplandığını beyan ederiz. Tüm yaratıcıların fikri mülkiyet haklarına saygı duyuyoruz. Bu görsellerin kullanımı ticari kazanç amacı taşımamaktadır.

Kullanılan içeriklerden herhangi birinin telif hakkınızı ihlal ettiğini düşünüyorsanız lütfen bizimle iletişime geçin. Fikri mülkiyet yasalarına ve düzenlemelerine uygunluğu sağlamak için görüntülerin kaldırılması veya uygun şekilde atıfta bulunulması dahil uygun önlemleri almaya fazlasıyla hazırız. Amacımız içerik açısından zengin, adil ve başkalarının fikri mülkiyet haklarına saygılı bir platform sürdürmektir.

Lütfen aşağıdaki e-posta adresinden bizimle iletişime geçin:sales@lumispot.cn. Herhangi bir bildirim aldığımızda derhal harekete geçeceğimizi taahhüt ediyoruz ve bu tür sorunların çözümünde %100 işbirliğini garanti ediyoruz.