გამოიწერეთ ჩვენი სოციალური მედია სწრაფი პოსტისთვის
ეს სერია მიზნად ისახავს მკითხველს მიაწოდოს სიღრმისეული და პროგრესული გაგება ფრენის დროის (TOF) სისტემის შესახებ. შინაარსი მოიცავს TOF სისტემების ყოვლისმომცველ მიმოხილვას, მათ შორის, როგორც ირიბი TOF (iTOF) ასევე პირდაპირი TOF (dTOF) დეტალური განმარტებების ჩათვლით. ეს სექციები განიხილავს სისტემის პარამეტრებს, მათ უპირატესობებსა და ნაკლოვანებებს და სხვადასხვა ალგორითმებს. სტატია ასევე იკვლევს TOF სისტემების სხვადასხვა კომპონენტს, როგორიცაა ვერტიკალური ღრუს ზედაპირის გამოსხივების ლაზერები (VCSEL), გადამცემი და მიმღები ლინზები, მიმღები სენსორები, როგორიცაა CIS, APD, SPAD, SiPM და დრაივერების სქემები, როგორიცაა ASIC.
შესავალი TOF-ში (ფრენის დრო)
ძირითადი პრინციპები
TOF, რომელიც ნიშნავს ფრენის დროს, არის მეთოდი, რომელიც გამოიყენება მანძილის გასაზომად დროის გაანგარიშებით, რომელიც სჭირდება სინათლისთვის გარკვეული მანძილის გავლას საშუალოზე. ეს პრინციპი ძირითადად გამოიყენება ოპტიკურ TOF სცენარებში და შედარებით მარტივია. პროცესი მოიცავს სინათლის წყაროს, რომელიც ასხივებს სინათლის სხივს, ემისიის დრო ჩაწერილი. შემდეგ ეს შუქი აირეკლება სამიზნეზე, იჭერს მიმღებს და აღინიშნება მიღების დრო. განსხვავება ამ დროებში, რომელიც აღინიშნება როგორც t, განსაზღვრავს მანძილს (d = სინათლის სიჩქარე (c) × t / 2).
ToF სენსორების ტიპები
არსებობს ToF სენსორების ორი ძირითადი ტიპი: ოპტიკური და ელექტრომაგნიტური. ოპტიკური ToF სენსორები, რომლებიც უფრო გავრცელებულია, იყენებენ სინათლის პულსებს, როგორც წესი, ინფრაწითელ დიაპაზონში, მანძილის გაზომვისთვის. ეს პულსები გამოიყოფა სენსორიდან, აისახება ობიექტზე და ბრუნდება სენსორში, სადაც მგზავრობის დრო იზომება და გამოიყენება მანძილის გამოსათვლელად. ამის საპირისპიროდ, ელექტრომაგნიტური ToF სენსორები იყენებენ ელექტრომაგნიტურ ტალღებს, როგორიცაა რადარი ან ლიდარი, მანძილის გასაზომად. ისინი მუშაობენ მსგავსი პრინციპით, მაგრამ იყენებენ განსხვავებულ საშუალებასმანძილის გაზომვა.
ToF სენსორების აპლიკაციები
ToF სენსორები მრავალმხრივია და ინტეგრირებულია სხვადასხვა სფეროში:
რობოტიკა:გამოიყენება დაბრკოლებების აღმოსაჩენად და ნავიგაციისთვის. მაგალითად, რობოტები, როგორიცაა Roomba და Boston Dynamics' Atlas, იყენებენ ToF სიღრმის კამერებს მათი გარემოს რუკების და დაგეგმვისთვის.
უსაფრთხოების სისტემები:ჩვეულებრივი მოძრაობის სენსორები შემოჭრილების აღმოსაჩენად, განგაშის ამოქმედებისთვის ან კამერის სისტემების გასააქტიურებლად.
საავტომობილო ინდუსტრია:ჩართულია მძღოლის დამხმარე სისტემებში ადაპტური კრუიზ კონტროლისა და შეჯახების თავიდან აცილებისთვის, რაც სულ უფრო და უფრო პოპულარული ხდება ავტომობილის ახალ მოდელებში.
სამედიცინო სფერო: გამოიყენება არაინვაზიურ ვიზუალიზაციასა და დიაგნოსტიკაში, როგორიცაა ოპტიკური თანმიმდევრული ტომოგრაფია (OCT), რომელიც აწარმოებს ქსოვილის მაღალი რეზოლუციის სურათებს.
სამომხმარებლო ელექტრონიკა: ინტეგრირებულია სმარტფონებში, ტაბლეტებსა და ლეპტოპებში ისეთი ფუნქციებისთვის, როგორიცაა სახის ამოცნობა, ბიომეტრიული ავთენტიფიკაცია და ჟესტების ამოცნობა.
დრონები:გამოიყენება ნავიგაციისთვის, შეჯახების თავიდან ასაცილებლად და კონფიდენციალურობისა და ავიაციის პრობლემების გადასაჭრელად
TOF სისტემის არქიტექტურა
ტიპიური TOF სისტემა შედგება რამდენიმე ძირითადი კომპონენტისგან მანძილის გაზომვის მისაღწევად, როგორც აღწერილია:
· გადამცემი (Tx):ეს მოიცავს ლაზერული სინათლის წყაროს, ძირითადად აVCSEL, მძღოლის წრე ASIC ლაზერის მართვისთვის და ოპტიკური კომპონენტები სხივის კონტროლისთვის, როგორიცაა კოლიმატური ლინზები ან დიფრაქციული ოპტიკური ელემენტები და ფილტრები.
· მიმღები (Rx):იგი შედგება ლინზებისა და ფილტრებისგან მიმღებ ბოლოში, სენსორებისგან, როგორიცაა CIS, SPAD ან SiPM, დამოკიდებულია TOF სისტემაზე და გამოსახულების სიგნალის პროცესორზე (ISP) მიმღების ჩიპიდან დიდი რაოდენობით მონაცემების დასამუშავებლად.
·ენერგიის მენეჯმენტი:სტაბილური მართვადენის კონტროლი VCSEL-ებისთვის და მაღალი ძაბვის SPAD-ებისთვის არის გადამწყვეტი მნიშვნელობა, რაც მოითხოვს ენერგიის მყარ მართვას.
· პროგრამული ფენა:ეს მოიცავს firmware, SDK, OS და აპლიკაციის ფენას.
არქიტექტურა აჩვენებს, თუ როგორ მოძრაობს ლაზერის სხივი, რომელიც წარმოიქმნება VCSEL-დან და შეცვლილია ოპტიკური კომპონენტებით, მოგზაურობს სივრცეში, აირეკლავს ობიექტს და უბრუნდება მიმღებს. ამ პროცესში დროის გასვლის გაანგარიშება ავლენს მანძილის ან სიღრმის ინფორმაციას. თუმცა, ეს არქიტექტურა არ მოიცავს ხმაურის ბილიკებს, როგორიცაა მზის შუქით გამოწვეული ხმაური ან მრავალგზის ხმაური ანარეკლებიდან, რომლებიც მოგვიანებით განიხილება სერიაში.
TOF სისტემების კლასიფიკაცია
TOF სისტემები ძირითადად კლასიფიცირდება მათი მანძილის გაზომვის ტექნიკით: პირდაპირი TOF (dTOF) და არაპირდაპირი TOF (iTOF), თითოეული განსხვავებული აპარატურით და ალგორითმული მიდგომებით. სერია თავდაპირველად ასახავს მათ პრინციპებს, სანამ ჩაუღრმავდება მათი უპირატესობების, გამოწვევების და სისტემის პარამეტრების შედარებით ანალიზს.
მიუხედავად TOF-ის ერთი შეხედვით მარტივი პრინციპისა - სინათლის პულსის გამოსხივება და მისი დაბრუნების გამოვლენა მანძილის გამოსათვლელად - სირთულე მდგომარეობს იმაში, რომ განასხვავოს დაბრუნებული შუქი გარემოს სინათლისგან. ეს მიიღწევა საკმარისად კაშკაშა შუქის გამოსხივებით, რათა მიაღწიოს სიგნალ-ხმაურზე მაღალი თანაფარდობის მიღწევას და შესაბამისი ტალღის სიგრძის არჩევით გარემოს სინათლის ჩარევის შესამცირებლად. კიდევ ერთი მიდგომაა გამოსხივებული შუქის დაშიფვრა, რათა ის გამორჩეული იყოს დაბრუნებისთანავე, ისევე როგორც SOS სიგნალები ფანრით.
სერია აგრძელებს dTOF-ისა და iTOF-ის შედარებას, მათ განსხვავებებს, უპირატესობებსა და გამოწვევებს დეტალურად განიხილავს და შემდგომში ანაწილებს TOF სისტემებს მათ მიერ მოწოდებული ინფორმაციის სირთულის მიხედვით, დაწყებული 1D TOF-დან 3D TOF-მდე.
dTOF
პირდაპირი TOF პირდაპირ ზომავს ფოტონის ფრენის დროს. მისი ძირითადი კომპონენტი, ერთი ფოტონის ზვავის დიოდი (SPAD), საკმარისად მგრძნობიარეა ცალკეული ფოტონების გამოსავლენად. dTOF იყენებს Time Correlated Single Photon Counting-ს (TCSPC) ფოტონების ჩამოსვლის დროის გასაზომად, ჰისტოგრამას აგებს, რომ გამოიტანოს სავარაუდო მანძილი კონკრეტული დროის სხვაობის უმაღლეს სიხშირეზე დაყრდნობით.
iTOF
არაპირდაპირი TOF ითვლის ფრენის დროს გამოსხივებულ და მიღებულ ტალღურ ფორმებს შორის ფაზის სხვაობის საფუძველზე, ჩვეულებრივ, უწყვეტი ტალღის ან პულსის მოდულაციის სიგნალების გამოყენებით. iTOF-ს შეუძლია გამოიყენოს სტანდარტული გამოსახულების სენსორის არქიტექტურა, გაზომოს სინათლის ინტენსივობა დროთა განმავლობაში.
iTOF შემდგომში იყოფა უწყვეტი ტალღის მოდულაციად (CW-iTOF) და პულსის მოდულაციად (Pulsed-iTOF). CW-iTOF ზომავს ფაზურ ცვლას გამოსხივებულ და მიღებულ სინუსოიდულ ტალღებს შორის, ხოლო Pulsed-iTOF ითვლის ფაზის ცვლას კვადრატული ტალღის სიგნალების გამოყენებით.
შემდგომი კითხვა:
- ვიკიპედია. (მეორე). ფრენის დრო. ამოღებულიაhttps://en.wikipedia.org/wiki/Time_of_flight
- Sony Semiconductor Solutions Group. (მეორე). ToF (ფრენის დრო) | გამოსახულების სენსორების საერთო ტექნოლოგია. ამოღებულიაhttps://www.sony-semicon.com/en/technologies/tof
- მაიკროსოფტი. (2021, 4 თებერვალი). Microsoft-ის ფრენის დროის შესავალი (ToF) - Azure Depth Platform. ამოღებულიაhttps://devblogs.microsoft.com/azure-depth-platform/intro-to-microsoft-time-of-flight-tof
- ESCATEC. (2023, 2 მარტი). ფრენის დროის (TOF) სენსორები: სიღრმისეული მიმოხილვა და აპლიკაციები. ამოღებულიაhttps://www.escatec.com/news/time-of-flight-tof-sensors-an-in-depth-overview-and-applications
ვებ გვერდიდანhttps://faster-than-light.net/TOFSystem_C1/
ავტორი: Chao Guang
პასუხისმგებლობის უარყოფა:
ჩვენ ვაცხადებთ, რომ ჩვენს ვებ-გვერდზე გამოსახული ზოგიერთი სურათი შეგროვებულია ინტერნეტიდან და ვიკიპედიიდან, განათლებისა და ინფორმაციის გაზიარების ხელშეწყობის მიზნით. ჩვენ პატივს ვცემთ ყველა შემქმნელის ინტელექტუალურ საკუთრების უფლებებს. ამ სურათების გამოყენება არ არის გამიზნული კომერციული მიზნებისთვის.
თუ ფიქრობთ, რომ გამოყენებული კონტენტი არღვევს თქვენს საავტორო უფლებებს, გთხოვთ დაგვიკავშირდეთ. ჩვენ მზად ვართ მივიღოთ შესაბამისი ზომები, მათ შორის სურათების წაშლა ან სათანადო ატრიბუტის უზრუნველყოფა, რათა უზრუნველყოფილი იყოს ინტელექტუალური საკუთრების კანონებისა და რეგულაციების დაცვა. ჩვენი მიზანია შევინარჩუნოთ პლატფორმა, რომელიც მდიდარია შინაარსით, სამართლიანი და პატივს სცემს სხვათა ინტელექტუალური საკუთრების უფლებებს.
გთხოვთ დაგვიკავშირდეთ შემდეგ ელ.ფოსტის მისამართზე:sales@lumispot.cn. ჩვენ ვიღებთ ვალდებულებას, მივიღოთ დაუყოვნებელი ზომები ნებისმიერი შეტყობინების მიღებისთანავე და გარანტირებული ვიყოთ 100% თანამშრომლობის შესახებ ნებისმიერი ასეთი პრობლემის გადაჭრაში.
გამოქვეყნების დრო: დეკ-18-2023