გამოიწერეთ ჩვენი სოციალური ქსელები სწრაფი პოსტებისთვის
ამ სერიის მიზანია მკითხველს მიაწოდოს ფრენის დროის (TOF) სისტემის სიღრმისეული და პროგრესული გაგება. შინაარსი მოიცავს TOF სისტემების ყოვლისმომცველ მიმოხილვას, მათ შორის როგორც არაპირდაპირი TOF-ის (iTOF), ასევე პირდაპირი TOF-ის (dTOF) დეტალურ ახსნა-განმარტებებს. ეს ნაწილები დეტალურად განიხილავს სისტემის პარამეტრებს, მათ უპირატესობებსა და ნაკლოვანებებს, ასევე 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 დრაივერის სქემები, როგორიცაა ASIC.
შესავალი TOF-ში (ფრენის დრო)
ძირითადი პრინციპები
TOF, რაც ფრენის დროს ნიშნავს, არის მეთოდი, რომელიც გამოიყენება მანძილის გასაზომად, იმ დროის გამოთვლით, რომელიც სინათლეს სჭირდება გარემოში გარკვეული მანძილის გასავლელად. ეს პრინციპი ძირითადად გამოიყენება ოპტიკურ TOF სცენარებში და შედარებით მარტივია. პროცესი მოიცავს სინათლის წყაროს მიერ სინათლის სხივის გამოსხივებას, რომლის გამოსხივების დროც ფიქსირდება. შემდეგ ეს სინათლე აირეკლება სამიზნიდან, იჭერს მიმღები და აღინიშნება მიღების დრო. ამ დროებს შორის სხვაობა, რომელიც აღინიშნება t-თი, 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 იმპულსებს, როგორც წესი, ინფრაწითელ დიაპაზონში, მანძილის გასაზომად. ეს იმპულსები გამოიყოფა სენსორიდან, აირეკლება ობიექტიდან და ბრუნდება სენსორში, სადაც იზომება მგზავრობის დრო და გამოიყენება მანძილის გამოსათვლელად. ამის საპირისპიროდ, ელექტრომაგნიტური ToF სენსორები იყენებენ ელექტრომაგნიტურ ტალღებს, როგორიცაა რადარი ან ლიდარი, მანძილის გასაზომად. ისინი მუშაობენ მსგავსი პრინციპით, მაგრამ იყენებენ სხვადასხვა გარემოს.მანძილის გაზომვა.
ToF სენსორების გამოყენება
ToF სენსორები მრავალმხრივია და ინტეგრირებულია სხვადასხვა სფეროში:
რობოტიკა:გამოიყენება დაბრკოლებების აღმოსაჩენად და ნავიგაციისთვის. მაგალითად, ისეთი რობოტები, როგორიცაა Roomba და Boston Dynamics-ის Atlas, იყენებენ ToF სიღრმის კამერებს გარემოს რუკის შესაქმნელად და მოძრაობების დასაგეგმად.
უსაფრთხოების სისტემები:გავრცელებულია მოძრაობის სენსორებში შემოჭრილების აღმოსაჩენად, სიგნალიზაციის გასააქტიურებლად ან კამერის სისტემების გასააქტიურებლად.
საავტომობილო ინდუსტრია:ინტეგრირებულია მძღოლის დამხმარე სისტემებში ადაპტური კრუიზ კონტროლისა და შეჯახების თავიდან ასაცილებლად და სულ უფრო გავრცელებული ხდება ახალი ავტომობილების მოდელებში.
სამედიცინო სფეროგამოიყენება არაინვაზიურ ვიზუალიზაციასა და დიაგნოსტიკაში, როგორიცაა ოპტიკური კოჰერენტული ტომოგრაფია (OCT), რომელიც იღებს მაღალი გარჩევადობის ქსოვილის გამოსახულებებს.
სამომხმარებლო ელექტრონიკაინტეგრირებულია სმარტფონებში, პლანშეტებსა და ლეპტოპებში ისეთი ფუნქციებისთვის, როგორიცაა სახის ამოცნობა, ბიომეტრიული ავთენტიფიკაცია და ჟესტების ამოცნობა.
დრონები:გამოიყენება ნავიგაციისთვის, შეჯახების თავიდან ასაცილებლად, ასევე კონფიდენციალურობისა და ავიაციის საკითხების მოსაგვარებლად.
TOF სისტემის არქიტექტურა
ტიპიური TOF სისტემა შედგება რამდენიმე ძირითადი კომპონენტისგან, რათა მიღწეულ იქნას მანძილის გაზომვა, როგორც ეს აღწერილია:
· გადამცემი (Tx):ეს მოიცავს ლაზერული სინათლის წყაროს, ძირითადადVCSEL, ლაზერის მართვის დრაივერის სქემა ASIC და სხივის მართვის ოპტიკური კომპონენტები, როგორიცაა კოლიმაციური ლინზები ან დიფრაქციული ოპტიკური ელემენტები და ფილტრები.
· რესივერი (Rx):ეს შედგება მიმღებ მხარეს განთავსებული ლინზებისა და ფილტრებისგან, TOF სისტემის მიხედვით განლაგებული ისეთი სენსორებისგან, როგორიცაა CIS, SPAD ან SiPM, და მიმღები ჩიპიდან დიდი რაოდენობით მონაცემების დასამუშავებლად განკუთვნილი გამოსახულების სიგნალის პროცესორისგან (ISP).
·ენერგიის მართვა:სტაბილური მართვაVCSEL-ებისთვის დენის კონტროლი და SPAD-ებისთვის მაღალი ძაბვა გადამწყვეტია, რაც მოითხოვს ენერგიის მყარ მართვას.
· პროგრამული უზრუნველყოფის ფენა:ეს მოიცავს firmware-ს, SDK-ს, OS-ს და აპლიკაციის ფენას.
არქიტექტურა აჩვენებს, თუ როგორ მოძრაობს VCSEL-დან წარმოშობილი და ოპტიკური კომპონენტებით მოდიფიცირებული ლაზერული სხივი სივრცეში, აირეკლება ობიექტიდან და ბრუნდება მიმღებში. ამ პროცესში დროის ინტერვალის გამოთვლა ავლენს მანძილის ან სიღრმის ინფორმაციას. თუმცა, ეს არქიტექტურა არ მოიცავს ხმაურის ბილიკებს, როგორიცაა მზის სხივებით გამოწვეული ხმაური ან არეკლილი მრავალმხრივი ხმაური, რომლებიც განხილულია სერიის შემდგომ ნაწილში.
TOF სისტემების კლასიფიკაცია
TOF სისტემები ძირითადად კატეგორიზებულია მანძილის გაზომვის ტექნიკის მიხედვით: პირდაპირი TOF (dTOF) და არაპირდაპირი TOF (iTOF), თითოეული განსხვავებული აპარატურული და ალგორითმული მიდგომებით. სერია თავდაპირველად ასახავს მათ პრინციპებს, სანამ მათი უპირატესობების, გამოწვევებისა და სისტემის პარამეტრების შედარებით ანალიზს ჩაუღრმავდება.
მიუხედავად TOF-ის ერთი შეხედვით მარტივი პრინციპისა - სინათლის იმპულსის გამოსხივება და მისი დაბრუნების აღმოჩენა მანძილის გამოსათვლელად - სირთულე მდგომარეობს დაბრუნებული სინათლის გარემოს სინათლისგან დიფერენცირებაში. ეს პრობლემა მოგვარდება საკმარისად კაშკაშა სინათლის გამოსხივებით, რათა მიღწეულ იქნას სიგნალ-ხმაურის მაღალი თანაფარდობა და შესაბამისი ტალღის სიგრძეების შერჩევით, რათა მინიმუმამდე იქნას დაყვანილი გარემოს სინათლის ჩარევა. კიდევ ერთი მიდგომაა გამოსხივებული სინათლის კოდირება, რათა ის გარჩევადი იყოს დაბრუნებისას, ფანრით მიღებული SOS სიგნალების მსგავსად.
სერია მოიცავს dTOF-ისა და iTOF-ის შედარებას, მათ განსხვავებებს, უპირატესობებსა და გამოწვევებს დეტალურად განიხილავს და TOF სისტემებს მათ მიერ მოწოდებული ინფორმაციის სირთულის მიხედვით კატეგორიებად ყოფს, 1D TOF-დან 3D TOF-მდე.
dTOF
პირდაპირი TOF პირდაპირ ზომავს ფოტონის ფრენის დროს. მისი ძირითადი კომპონენტი, ერთფოტონიანი ზვავის დიოდი (SPAD), საკმარისად მგრძნობიარეა ცალკეული ფოტონების აღმოსაჩენად. dTOF იყენებს დროში კორელირებულ ერთფოტონიან დათვლას (TCSPC) ფოტონის მოსვლის დროის გასაზომად, ჰისტოგრამის აგებით, რათა გამოითვალოს ყველაზე სავარაუდო მანძილი კონკრეტული დროის სხვაობის ყველაზე მაღალი სიხშირის საფუძველზე.
iTOF
არაპირდაპირი TOF ითვლის ფრენის დროს გამოსხივებულ და მიღებულ ტალღურ ფორმებს შორის ფაზური სხვაობის საფუძველზე, ჩვეულებრივ, უწყვეტი ტალღის ან პულსური მოდულაციის სიგნალების გამოყენებით. iTOF-ს შეუძლია გამოიყენოს სტანდარტული გამოსახულების სენსორების არქიტექტურა, რომელიც დროთა განმავლობაში ზომავს სინათლის ინტენსივობას.
iTOF დაყოფილია უწყვეტი ტალღის მოდულაციად (CW-iTOF) და იმპულსური მოდულაციად (Pulsed-iTOF). CW-iTOF ზომავს გამოსხივებულ და მიღებულ სინუსოიდურ ტალღებს შორის ფაზურ ცვლას, ხოლო Pulsed-iTOF ითვლის ფაზურ ცვლას კვადრატული ტალღის სიგნალების გამოყენებით.
დამატებითი საკითხავი:
- ვიკიპედია. (და). ფრენის დრო. აღებულიაhttps://en.wikipedia.org/wiki/Time_of_flight
- Sony Semiconductor Solutions Group. (და). ToF (ფრენის დრო) | გამოსახულების სენსორების საერთო ტექნოლოგია. აღებულიაhttps://www.sony-semicon.com/en/technologies/tof
- Microsoft. (2021, 4 თებერვალი). შესავალი Microsoft Time Of Flight (ToF)-ში - Azure Depth Platform. აღებულიაhttps://devblogs.microsoft.com/azure-depth-platform/intro-to-microsoft-time-of-flight-tof
- ESCATEC. (2023, 2 მარტი). ფრენის დროის (TOF) სენსორები: დეტალური მიმოხილვა და გამოყენება. აღებულიაhttps://www.escatec.com/news/time-of-flight-tof-sensors-an-in-depth-overview-and-applications
ვებგვერდიდანhttps://faster-than-light.net/TOFSystem_C1/
ავტორი: ჩაო გუანგი
პასუხისმგებლობის შეზღუდვა:
ამით ვაცხადებთ, რომ ჩვენს ვებსაიტზე განთავსებული ზოგიერთი სურათი შეგროვებულია ინტერნეტიდან და ვიკიპედიიდან, განათლებისა და ინფორმაციის გაზიარების ხელშეწყობის მიზნით. ჩვენ პატივს ვცემთ ყველა შემქმნელის ინტელექტუალური საკუთრების უფლებებს. ამ სურათების გამოყენება არ არის განკუთვნილი კომერციული სარგებლისთვის.
თუ ფიქრობთ, რომ გამოყენებული კონტენტი არღვევს თქვენს საავტორო უფლებებს, გთხოვთ, დაგვიკავშირდეთ. ჩვენ მზად ვართ მივიღოთ შესაბამისი ზომები, მათ შორის სურათების წაშლა ან სათანადო ატრიბუციის მითითება, რათა უზრუნველვყოთ ინტელექტუალური საკუთრების კანონმდებლობისა და რეგულაციების დაცვა. ჩვენი მიზანია შევინარჩუნოთ კონტენტით მდიდარი, სამართლიანი და სხვების ინტელექტუალური საკუთრების უფლებებს პატივს სცემს პლატფორმას.
გთხოვთ, დაგვიკავშირდეთ შემდეგ ელექტრონულ ფოსტაზე:sales@lumispot.cnჩვენ ვიღებთ ვალდებულებას, რომ ნებისმიერი შეტყობინების მიღებისთანავე დაუყოვნებლივ ვიმოქმედებთ და გარანტიას გაძლევთ 100%-იან თანამშრომლობაზე ნებისმიერი ასეთი საკითხის გადასაჭრელად.
გამოქვეყნების დრო: 2023 წლის 18 დეკემბერი