Neiegkeeten - Grondprinzip an Uwendung vum TOF (Time of Flight) System

Abonnéiert Iech op eis sozial Medien fir prompt Posts

Dës Serie zielt drop of, de Lieser e grëndlecht a progressivt Verständnis vum Time of Flight (TOF) System ze ginn. Den Inhalt deckt eng ëmfaassend Iwwersiicht iwwer TOF Systemer of, inklusiv detailléiert Erklärungen iwwer souwuel indirekt TOF (iTOF) wéi och direkt TOF (dTOF). Dës Sektiounen ënnersichen d'Systemparameter, hir Vir- an Nodeeler, a verschidden Algorithmen. Den Artikel ënnersicht och déi verschidde Komponenten vun TOF Systemer, wéi Vertical Cavity Surface Emitting Lasers (VCSELs), Transmissiouns- an Empfangslënsen, Empfangssensoren wéi CIS, APD, SPAD, SiPM, a Treiberschaltungen wéi ASICs.

Aféierung an d'TOF (Fluchzäit)

Grondprinzipien

TOF, oder Time of Flight, ass eng Method fir Distanz ze moossen, andeems d'Zäit berechent gëtt, déi d'Liicht brauch fir eng gewëssen Distanz an engem Medium ze reesen. Dëse Prinzip gëtt haaptsächlech an opteschen TOF-Szenarien ugewannt an ass relativ einfach. De Prozess besteet doran, datt eng Liichtquell e Liichtstral ausstraalt, an d'Zäit vun der Emissioun gëtt opgeholl. Dëst Liicht reflektéiert sech dann vun engem Zil, gëtt vun engem Empfänger erfaasst an d'Zäit vum Empfang gëtt notéiert. Den Ënnerscheed an dësen Zäiten, deen als t bezeechent gëtt, bestëmmt d'Distanz (d = Liichtgeschwindegkeet (c) × t / 2).

Aarte vun ToF-Sensoren

Et ginn zwou Haaptzorte vun ToF-Sensoren: optesch an elektromagnetesch. Optesch ToF-Sensoren, déi méi heefeg sinn, benotzen Liichtimpulser, typescherweis am Infraroutberäich, fir d'Distanzmiessung. Dës Impulser ginn vum Sensor ausgestraalt, reflektéieren vun engem Objet a ginn zréck an de Sensor, wou d'Reeszäit gemooss gëtt a benotzt gëtt fir d'Distanz ze berechnen. Am Géigesaz dozou benotzen elektromagnetesch ToF-Sensoren elektromagnetesch Wellen, wéi Radar oder Lidar, fir d'Distanz ze moossen. Si funktionéieren no engem ähnleche Prinzip, awer benotzen en anert Medium fir...Distanzmiessung.

Uwendungen vun ToF Sensoren

ToF-Sensore si villfälteg a goufen a verschidde Beräicher integréiert:

Robotik:Gëtt fir Hindernisserkennung an Navigatioun benotzt. Zum Beispill benotze Roboter wéi Roomba an den Atlas vu Boston Dynamics ToF-Déiftekameraen fir hir Ëmgéigend ze kartéieren a Beweegunge ze plangen.

Sécherheetssystemer:Heefeg a Bewegungssensoren fir Andränger z'entdecken, Alarmer auszeléisen oder Kamerasystemer z'aktivéieren.

Automobilindustrie:Integréiert a Fuererhëllefssystemer fir adaptiv Geschwindegkeetsregelung a Kollisiounsvermeidung, gëtt et ëmmer méi heefeg an neie Gefiermodeller.

Medizinescht GebittBenotzt an net-invasiver Bildgebung an Diagnostik, wéi z. B. optescher Kohärenztomographie (OCT), fir héichopléisend Gewebebiller ze produzéieren.

KonsumentelektronikIntegréiert a Smartphones, Tablets a Laptops fir Funktiounen wéi Gesiichtserkennung, biometresch Authentifikatioun a Gestenerkennung.

Drohnen:Benotzt fir Navigatioun, Kollisiounsvermeidung a fir Privatsphär- a Loftfaartbedenken ze bekämpfen

TOF Systemarchitektur

En typescht TOF-System besteet aus verschiddene Schlësselkomponenten, fir déi beschriwwe Distanzmiessung z'erreechen:

· Sender (Tx):Dëst ëmfaasst eng Laserliichtquell, haaptsächlech engVCSEL, en Treiberschaltkrees ASIC fir de Laser unzedreiwen, an optesch Komponenten fir d'Stralkontroll wéi kollimatoresch Lënsen oder diffraktiv optesch Elementer, a Filteren.
· Empfänger (Rx):Dëst besteet aus Lënsen a Filteren um Empfangsende, Sensoren wéi CIS, SPAD oder SiPM ofhängeg vum TOF-System, an engem Bildsignalprozessor (ISP) fir grouss Quantitéiten un Daten vum Empfängerchip ze veraarbechten.
·Energieverwaltung:StallverwaltungStroumkontroll fir VCSELen an Héichspannung fir SPADen ass entscheedend a erfuerdert e robust Stroummanagement.
· Software-Schicht:Dëst ëmfaasst Firmware, SDK, Betribssystem an Applikatiounsschicht.

D'Architektur weist, wéi e Laserstrahl, deen vum VCSEL staamt a vun optesche Komponenten modifizéiert gëtt, duerch de Raum reest, vun engem Objet reflektéiert a beim Empfänger zréckkënnt. D'Zäitlafberechnung an dësem Prozess weist Distanz- oder Déiftinformatiounen. Dës Architektur deckt awer keng Rauschweeër of, wéi zum Beispill duerch Sonneliicht induzéierte Rauschen oder Méiweeërrauschen duerch Reflexiounen, déi spéider an der Serie diskutéiert ginn.

Klassifikatioun vun TOF-Systemer

TOF-Systemer ginn haaptsächlech no hiren Distanzmiesstechniken kategoriséiert: direkt TOF (dTOF) an indirekt TOF (iTOF), jidderee mat eegenen Hardware- an algorithmeschen Approchen. D'Serie beschreift ufanks hir Prinzipien, ier se an eng komparativ Analyse vun hire Virdeeler, Erausfuerderungen a Systemparameteren agoen.

Trotz dem scheinbar einfache Prinzip vun TOF – en Liichtimpuls auszesträichen an seng Réckrees ze detektéieren fir d'Distanz ze berechnen – läit d'Komplexitéit doran, d'Réckreesliicht vum Ëmfeldliicht z'ënnerscheeden. Dëst gëtt geléist andeems hell genuch Liicht ausgestraalt gëtt, fir en héicht Signal-Rausch-Verhältnis z'erreechen, an andeems déi entspriechend Wellelängten ausgewielt ginn, fir d'Interferenz vum Ëmweltliicht ze minimiséieren. Eng aner Approche ass et, dat ausgestraalt Liicht ze kodéieren, fir et bei der Réckrees z'ënnerscheeden, ähnlech wéi SOS-Signaler mat enger Täscheluucht.

D'Serie vergläicht dTOF an iTOF weider, diskutéiert hir Ënnerscheeder, Virdeeler an Erausfuerderungen am Detail, a kategoriséiert TOF-Systemer weider op Basis vun der Komplexitéit vun den Informatiounen, déi se liwweren, vun 1D TOF bis 3D TOF.

dTOF

Den direkten TOF moosst direkt d'Fluchzäit vum Photon. Seng Schlësselkomponent, d'Single Photon Avalanche Diode (SPAD), ass empfindlech genuch fir eenzel Photonen z'entdecken. den dTOF benotzt Time Correlated Single Photon Counting (TCSPC) fir d'Zäit vun der Photonenankunft ze moossen, andeems en en Histogramm erstellt fir déi warscheinlechst Distanz op Basis vun der héchster Frequenz vun enger bestëmmter Zäitdifferenz ofzeleeden.

iTOF

Indirekt TOF berechent d'Fluchzäit op Basis vun der Phasendifferenz tëscht ausgestraalten an empfangene Welleformen, meeschtens mat Hëllef vu kontinuéierleche Wellen- oder Pulsmodulatiounssignaler. iTOF kann Standard-Bildsensorarchitekturen benotzen, andeems d'Liichtintensitéit iwwer Zäit gemooss gëtt.

iTOF gëtt weider ënnerdeelt an kontinuéierlech Wellenmodulatioun (CW-iTOF) a Pulsmodulatioun (Pulsed-iTOF). CW-iTOF moosst d'Phasenverschiebung tëscht emittéierten an empfaangenen Sinuswellen, während Pulsed-iTOF d'Phasenverschiebung mat Hëllef vu Quadratwellensignaler berechent.

Weiderliesen:

Wikipedia. (nd). Fluchzäit. Ofgeruff vunhttps://en.wikipedia.org/wiki/Fluchzäit
Sony Semiconductor Solutions Group. (nd). ToF (Flight Time) | Gemeinsam Technologie vu Bildsensoren. Ofgeruff vunhttps://www.sony-semicon.com/en/technologies/tof
Microsoft. (4. Februar 2021). Aféierung an d'Microsoft Time Of Flight (ToF) - Azure Depth Platform. Ofgeruff vunhttps://devblogs.microsoft.com/azure-depth-platform/intro-to-microsoft-time-of-flight-tof
ESCATEC. (2. Mäerz 2023). Fluchzäitsensoren (TOF): Eng detailléiert Iwwersiicht an Uwendungen. Gekritt vunhttps://www.escatec.com/news/time-of-flight-tof-sensors-an-in-depth-overview-and-applications

Vun der Websäithttps://faster-than-light.net/TOFSystem_C1/

vum Auteur: Chao Guang

Haftungsausschluss:

Mir erklären hei mat, datt e puer vun de Biller, déi op eiser Websäit ugewise ginn, aus dem Internet a Wikipedia gesammelt sinn, mat dem Zil, d'Educatioun an den Informatiounsaustausch ze fërderen. Mir respektéieren d'intellektuell Propriétéitsrechter vun alle Creatoren. D'Benotzung vun dëse Biller ass net fir kommerzielle Gewënn geduecht.

Wann Dir mengt, datt en Inhalt, deen Dir benotzt, Äert Urheberrecht verletzt, kontaktéiert eis w.e.g. Mir si méi wéi bereet, entspriechend Moossnamen ze huelen, dorënner d'Läschen vu Biller oder d'Uginn vun enger korrekter Quell, fir d'Konformitéit mat de Gesetzer a Reglementer zum intellektuellen Eegentum ze garantéieren. Eist Zil ass et, eng Plattform ze pflegen, déi inhaltsräich, fair ass an d'intellektuell Eegentumsrechter vun aneren respektéiert.

Kontaktéiert eis w.e.g. op folgender E-Mailadress:sales@lumispot.cnMir engagéieren eis, direkt Moossnamen ze ergräifen, soubal mir eng Notifikatioun kréien, a garantéieren 100% Kooperatioun bei der Léisung vun all sou Problemer.